目錄
1、ICP、ISP和IAP的概念
在項目開發過程中通常使用SWD、JTAG等工具進行程序燒錄和仿真，若產品節點較少還是比較方便，但是當設備節點量產時，就需要使用IAP的方式進行程序燒錄。
簡單說明幾個概念ICP、ISP和IAP。
ICP In-circuit programmer
ICP：在電路編程，MCU內部不需要有程序，上電就能夠對程序存儲區域進行編程，例如平時使用JTAG、SWD等方式。
ISP In-system programer
ISP：在系統編程，通過MCU專用的串行編程接口進行編程，MCU需要具有運行的外部條件，例如有晶振等。
例如STM32通過設置BOOT引腳設置對應啓動模式，然後通過串口等對內部Flash進行升級，可以說這種方式就是廠家在芯片內部固化了一個BootLoader程序。
IAP In-application programer
IAP：在應用編程，開發者設計BootLoader程序，通過串口、CAN、以太網等通信方式實現程序升級。
2、IAP升級程序的原理
通常一塊MCU芯片的Code(代碼)區內只有一個用戶程序，而IAP方案則是將代碼區劃分爲兩部分，兩部分區域各存放一個程序，一個爲BootLoader(引導加載程序)，另一個爲User Application(用戶應用程序)。
BootLoader在出廠時就固定下來了，在需要變更User Application時只需要通過觸發BootLoader對User Application的擦除和重新寫入即可完成用戶應用的更換。
程序執行初始化後首先會進入BootLoader，在BootLoader裏面檢測條件是否被觸發(可通過按鍵是否被按下、串口是否接收到特定的數據、U盤是否插入等)，如果有則進行對User Application進行擦除和重新寫入操作新程序，如果沒有則直接跳轉到BootLoader執行User Application。
3、IAP升級程序的流程
假設設備僅有User Application，以STM32F103ZET6爲例，其啓動方式有三種：內置FLASH啓動、內置SRAM啓動、系統存儲器ROM啓動。通過BOOT0和BOOT1引腳的設置可以選擇從哪中方式啓動，這裏選擇內置的FLASH啓動，STM32F103ZET6 FLASH的地址爲0x08000000—0x0807FFFF，共512KB。
通常STM32發生中斷的過程爲以下五步：
1、發生中斷(中斷請求)；
2、到中斷向量表查找中斷函數入口地址；
3、跳轉到中斷函數；
4、執行中斷函數；
5、中斷返回。
也就是說，STM32的內置的Flash中有一箇中斷向量表來存放各個中斷服務函數的入口地址，內置Flash的分配情況如下圖所示：
所以當只有一個程序的情況下（僅有User Applicatio時），程序執行的走向如下所示：
解析上圖：
STM32F103ZET6有一箇中斷向量表，這個中斷向量表存放在代碼開始部分的後4個字節處(即0x08000004)，代碼開始的4個字節存放的是堆棧棧頂的地址，當發生中斷後程序通過查找該表得到相應的中斷服務程序入口地址，然後再跳到相應的中斷服務程序中執行。
設備上電後從0x08000004處取出復位中斷向量的地址，然後跳轉到復位中斷程序的入口(標號①所示)，執行結束後跳轉到main函數中(標號②所示)。在執行main函數的過程中發生中斷，則STM32強制將PC指針指回中斷向量表處(標號③所示)，從中斷向量表中找到相應的中斷函數入口地址，跳轉到相應的中斷服務函數(標號④所示)，執行完中斷函數後再返回到main函數中來(標號⑤所示)。
下面要講正題了。
若將STM32F103ZET6在內置的Flash裏面添加User Application和BootLoader程序，則Flash分配情況大致如下圖所示：
此時，User Application和BootLoader程序各有一箇中斷向量表，假設BootLoader程序佔用的空間爲N+M字節，則程序的走向應該如下圖所示：
解析上圖：
設備上電初始程序依然從0x08000004處取出復位中斷向量地址，執行復位中斷函數後跳轉到IAP的main(標號①所示)，在IAP的main函數執行完成後（在BootLoader裏面檢測條件是否被觸發(可通過按鍵是否被按下、串口是否接收到特定的數據、U盤是否插入等)，如果有則進行對User Application進行擦除和重新寫入操作新程序，如果沒有則直接跳轉到BootLoader執行User Application）強制跳轉到0x08000004+N+M處(標號②所示)，最後跳轉到新的main函數中來(標號③所示)，當發生中斷請求後，程序跳轉到新的中斷向量表中取出新的中斷函數入口地址，再跳轉到新的中斷服務函數中執行(標號④⑤所示)，執行完中斷函數後再返回到main函數中來(標號⑥所示)。
4、IAR環境下IAP的實現
以IAR環境爲例，簡單講述IAP的實現步驟。這裏MCU以華大HC32L130爲例，因爲使用的MCU不同，所以實現的細節也不一致，但是基本上官方都會提供Demo例程。
本示例Flash分配情況爲：BootLoader地址：0x00000000~0x00000DFF，User Application地址：0x00001000~0x0000FFFF。
4.1、BootLoader程序設計
第1步：設計總體架構，包含三個功能函數：檢測BootLoader標誌程序、IAP配置程序和IAP燒錄功能程序。
/**
*******************************************************************************
** \brief IAP 主函數
**
** \param None
**
** \retval int32_t Return value, if needed
**
******************************************************************************/
int32_t main(void)
{
IAP_UpdateCheck();
IAP_Init();
IAP_Main();
}第2步：檢查BootPara標記區數據值，判斷是否需要升級APP程序，若需要升級則纔會執行IAP_Init()和IAP_Main()函數，否則會直接跳轉到User Application程序。
/**
*******************************************************************************
** \brief 檢查BootPara標記區數據值，判斷是否需要升級APP程序.
**
** \param None
**
** \retval None
**
******************************************************************************/
void IAP_UpdateCheck(void)
{
uint32_t u32AppFlag;
u32AppFlag = *(__IO uint32_t *)BOOT_PARA_ADDRESS; //讀出BootLoader para區標記值
if (APP_FLAG != u32AppFlag) //如果標記值不等於APP_FLAG,表示不需要升級APP程序
{
IAP_JumpToApp(APP_ADDRESS); //則直接跳轉至APP
}
}
第3步：IAP_Init()函數的實現，主要包括外圍模塊初始化和IAP通信協議標誌初始化。
/**
*******************************************************************************
** \brief IAP 初始化
**
** \param [in] None
**
** \retval None
**
******************************************************************************/
void IAP_Init(void)
{
PreiModule_Init();
Modem_RamInit();
}
/**
*******************************************************************************
** \brief CPU外圍模塊初始化
**
** \param [in] None
**
** \retval None
**
******************************************************************************/
void PreiModule_Init(void)
{
HC32_SetSystemClockToRCH22_12MHz();
HC32_InitUart();
HC32_InitCRC();
HC32_InitTIM();
HC32_InitFlash(FLASH_CONFIG_FREQ_22_12MHZ);
}
/**
*******************************************************************************
** \brief modem文件中相關變量參數初始化
**
** \param [out] None
** \param [in] None
**
** \retval None
**
******************************************************************************/
void Modem_RamInit(void)
{
uint32_t i;
enFrameRecvStatus = FRAME_RECV_IDLE_STATUS; //幀狀態初始化爲空閒狀態
for (i=0; i<FRAME_MAX_SIZE; i++)
{
u8FrameData[i] = 0; //幀數據緩存初始化爲零
}
u32FrameDataIndex = 0; //幀緩存數組索引值初始化爲零
}第4步：IAP_Main(）函數的實現，主要包含對User Application程序更新處理。
/**
*******************************************************************************
** \brief IAP APP程序升級主函數.
**
** \param None
**
** \retval None
**
******************************************************************************/
void IAP_Main(void)
{
en_result_t enRet;
while (1)
{
enRet = Modem_Process(); //APP程序更新處理
if (Ok == enRet)
{
IAP_ResetConfig(); //復位所有外設模塊
if (Error == IAP_JumpToApp(APP_ADDRESS)) //如果跳轉失敗
{
while(1);
}
}
}
}
/**
*******************************************************************************
** \brief 上位機數據幀解析及處理
**
** \param [in] None
**
** \retval Ok APP程序升級完成，並接受到跳轉至APP命令
** \retval OperationInProgress 數據處理中
** \retval Error 通訊錯誤
**
******************************************************************************/
en_result_t Modem_Process(void)
{
uint8_t u8Cmd, u8FlashAddrValid, u8Cnt, u8Ret;
uint16_t u16DataLength, u16PageNum, u16Ret;
uint32_t u32FlashAddr, u32FlashLength, u32Temp;
if (enFrameRecvStatus == FRAME_RECV_PROC_STATUS) //有數據幀待處理, enFrameRecvStatus值在串口中斷中調整
{
u8Cmd = u8FrameData[PACKET_CMD_INDEX]; //獲取幀指令碼
if (PACKET_CMD_TYPE_DATA == u8FrameData[PACKET_TYPE_INDEX]) //如果是數據指令
{
u8FlashAddrValid = 0u;
u32FlashAddr = u8FrameData[PACKET_ADDRESS_INDEX] + //讀取地址值
(u8FrameData[PACKET_ADDRESS_INDEX + 1] << 8) +
(u8FrameData[PACKET_ADDRESS_INDEX + 2] << 16) +
(u8FrameData[PACKET_ADDRESS_INDEX + 3] << 24);
if ((u32FlashAddr >= (FLASH_BASE + BOOT_SIZE)) && (u32FlashAddr < (FLASH_BASE + FLASH_SIZE))) //如果地址值在有效範圍內
{
u8FlashAddrValid = 1u; //標記地址有效
}
}
switch (u8Cmd) //根據指令碼跳轉執行
{
case PACKET_CMD_HANDSHAKE : //握手幀 指令碼
u8FrameData[PACKET_RESULT_INDEX] = PACKET_ACK_OK; //返回狀態爲：正確
Modem_SendFrame(&u8FrameData[0], PACKET_INSTRUCT_SEGMENT_SIZE); //發送應答幀給上位機
break;
case PACKET_CMD_ERASE_FLASH : //擦除flash 指令碼
if ((u32FlashAddr % FLASH_SECTOR_SIZE) != 0) //如果擦除地址不是頁首地址
{
u8FlashAddrValid = 0u; //標記地址無效
}
if (1u == u8FlashAddrValid) //如果地址有效
{
u32Temp = u8FrameData[PACKET_DATA_INDEX] + //獲取待擦除flash尺寸
(u8FrameData[PACKET_DATA_INDEX + 1] << 8) +
(u8FrameData[PACKET_DATA_INDEX + 2] << 16) +
(u8FrameData[PACKET_DATA_INDEX + 3] << 24);
u16PageNum = FLASH_PageNumber(u32Temp); //計算需擦除多少頁
for (u8Cnt=0; u8Cnt<u16PageNum; u8Cnt++) //根據需要擦除指定數量的扇區
{
u8Ret = Flash_EraseSector(u32FlashAddr + (u8Cnt * FLASH_SECTOR_SIZE));
if (Ok != u8Ret) //如果擦除失敗，反饋上位機錯誤代碼
{
u8FrameData[PACKET_RESULT_INDEX] = PACKET_ACK_ERROR;
break;
}
}
if (Ok == u8Ret) //如果全部擦除成功，反饋上位機成功
{
u8FrameData[PACKET_RESULT_INDEX] = PACKET_ACK_OK;
}else //如果擦除失敗，反饋上位機錯誤超時標誌
{
u8FrameData[PACKET_RESULT_INDEX] = PACKET_ACK_TIMEOUT;
}
}
else //地址無效，反饋上位機地址錯誤
{
u8FrameData[PACKET_RESULT_INDEX] = PACKET_ACK_ADDR_ERROR;
}
Modem_SendFrame(&u8FrameData[0], PACKET_INSTRUCT_SEGMENT_SIZE); //發送應答幀到上位機
break;
case PACKET_CMD_APP_DOWNLOAD : //數據下載 指令碼
if (1u == u8FlashAddrValid) //如果地址有效
{
u16DataLength = u8FrameData[FRAME_LENGTH_INDEX] + (u8FrameData[FRAME_LENGTH_INDEX + 1] << 8)
- PACKET_INSTRUCT_SEGMENT_SIZE; //獲取數據包中的數據長度(不包含指令碼指令類型等等)
if (u16DataLength > PACKET_DATA_SEGMENT_SIZE) //如果數據長度大於最大長度
{
u16DataLength = PACKET_DATA_SEGMENT_SIZE; //設置數據最大值
}
u8Ret = Flash_WriteBytes(u32FlashAddr, (uint8_t *)&u8FrameData[PACKET_DATA_INDEX], u16DataLength); //把所有數據寫入flash
if (Ok != u8Ret) //如果寫數據失敗
{
u8FrameData[PACKET_RESULT_INDEX] = PACKET_ACK_ERROR; //反饋上位機錯誤 標誌
}
else //如果寫數據成功
{
u8FrameData[PACKET_RESULT_INDEX] = PACKET_ACK_OK; //反饋上位機成功 標誌
}
}
else //如果地址無效
{
u8FrameData[PACKET_RESULT_INDEX] = PACKET_ACK_ADDR_ERROR; //反饋上位機地址錯誤
}
Modem_SendFrame(&u8FrameData[0], PACKET_INSTRUCT_SEGMENT_SIZE); //發送應答幀到上位機
break;
case PACKET_CMD_CRC_FLASH : //查詢flash校驗值 指令碼
if (1u == u8FlashAddrValid) //如果地址有效
{
u32FlashLength = u8FrameData[PACKET_DATA_INDEX] +
(u8FrameData[PACKET_DATA_INDEX + 1] << 8) +
(u8FrameData[PACKET_DATA_INDEX + 2] << 16) +
(u8FrameData[PACKET_DATA_INDEX + 3] << 24); //獲取待校驗flash大小
if ((u32FlashLength + u32FlashAddr) > (FLASH_BASE + FLASH_SIZE)) //如果flash長度超出有效範圍
{
u8FrameData[PACKET_RESULT_INDEX] = PACKET_ACK_FLASH_SIZE_ERROR; //反饋上位機flash尺寸錯誤
}else
{
u16Ret = Cal_CRC16(((unsigned char *)u32FlashAddr), u32FlashLength);//讀取flash指定區域的值並計算crc值
u8FrameData[PACKET_FLASH_CRC_INDEX] = (uint8_t)u16Ret; //把crc值存儲到應答幀
u8FrameData[PACKET_FLASH_CRC_INDEX+1] = (uint8_t)(u16Ret>>8);
u8FrameData[PACKET_RESULT_INDEX] = PACKET_ACK_OK; //反饋上位機成功 標誌
}
}
else //如果地址無效
{
u8FrameData[PACKET_RESULT_INDEX] = PACKET_ACK_ADDR_ERROR; //反饋上位機地址錯誤
}
Modem_SendFrame(&u8FrameData[0], PACKET_INSTRUCT_SEGMENT_SIZE+2); //發送應答幀到上位機
break;
case PACKET_CMD_JUMP_TO_APP : //跳轉至APP 指令碼
Flash_EraseSector(BOOT_PARA_ADDRESS); //擦除BOOT parameter 扇區
u8FrameData[PACKET_RESULT_INDEX] = PACKET_ACK_OK; //反饋上位機成功
Modem_SendFrame(&u8FrameData[0], PACKET_INSTRUCT_SEGMENT_SIZE); //發送應答幀到上位機
return Ok; //APP更新完成，返回OK，接下來執行跳轉函數，跳轉至APP
case PACKET_CMD_APP_UPLOAD : //數據上傳
if (1u == u8FlashAddrValid) //如果地址有效
{
u32Temp = u8FrameData[PACKET_DATA_INDEX] +
(u8FrameData[PACKET_DATA_INDEX + 1] << 8) +
(u8FrameData[PACKET_DATA_INDEX + 2] << 16) +
(u8FrameData[PACKET_DATA_INDEX + 3] << 24); //讀取上傳數據長度
if (u32Temp > PACKET_DATA_SEGMENT_SIZE) //如果數據長度大於最大值
{
u32Temp = PACKET_DATA_SEGMENT_SIZE; //設置數據長度爲最大值
}
Flash_ReadBytes(u32FlashAddr, (uint8_t *)&u8FrameData[PACKET_DATA_INDEX], u32Temp); //讀flash數據
u8FrameData[PACKET_RESULT_INDEX] = PACKET_ACK_OK; //反饋上位機成功 標誌
Modem_SendFrame(&u8FrameData[0], PACKET_INSTRUCT_SEGMENT_SIZE + u32Temp);//發送應答幀到上位機
}
else //如果地址無效
{
u8FrameData[PACKET_RESULT_INDEX] = PACKET_ACK_ADDR_ERROR; //反饋上位機地址錯誤 標誌
Modem_SendFrame(&u8FrameData[0], PACKET_INSTRUCT_SEGMENT_SIZE); //發送應答幀到上位機
}
break;
case PACKET_CMD_START_UPDATE : //啓動APP更新(此指令正常在APP程序中調用)
u8FrameData[PACKET_RESULT_INDEX] = PACKET_ACK_OK; //反饋上位機成功 標誌
Modem_SendFrame(&u8FrameData[0], PACKET_INSTRUCT_SEGMENT_SIZE); //發送應答幀到上位機
break;
}
enFrameRecvStatus = FRAME_RECV_IDLE_STATUS; //幀數據處理完成，幀接收狀態恢復到空閒狀態
}
return OperationInProgress; //返回，APP更新中。。。
}4.2、User Application程序設計
在本示例User Application中，觸發BootLoader更新程序的標誌在串口接收中實現。
//UART0中斷函數
void Uart0_IRQHandler(void)
{
if(Uart_GetStatus(M0P_UART0, UartRC)) //UART0數據接收
{
Uart_ClrStatus(M0P_UART0, UartRC); //清中斷狀態位
u8RxData[u8RxCnt] = Uart_ReceiveData(M0P_UART0); //接收數據字節
u8RxCnt++;
if(u8RxCnt>=18)
{
u8RxCnt = 0;
if ((u8RxData[0]==0x6D)&&(u8RxData[1]==0xAC)&&(u8RxData[6]==0x26)&&(u8RxData[16]==0xA6)&&(u8RxData[17]==0xDA)) //是APP更新幀
{
for(uint32_t i=0;i<18;i++)
{
Uart_SendDataPoll(M0P_UART0,u8TxData[i]); //查詢方式發送數據
}
//boot para區域寫標記值,通知BootLoader要更新程序了
Flash_SectorErase(0xF00);
Flash_WriteWord(0xF00, 0x12345678);
NVIC_SystemReset(); //軟件復位MCU
}
}
}
if(Uart_GetStatus(M0P_UART0, UartTC)) //UART0數據發送
{
Uart_ClrStatus(M0P_UART0, UartTC); //清中斷狀態位
}
}4.3、IAR地址配置及文件輸出
最後還需要簡答配置下IAR環境。
第1步：確定輸出的Linker配置地址，因爲需要在這裏程序修改地址。
第2步：找到Linker配置文件，修改BootLoader程序地址：0x00000000~0x00000DFF，User Application程序地址：0x00001000~0x0000FFFF。
第3步：將這兩個程序按照ICP方式（SWD、JTAG等）燒錄後，此後就可以使用IAP方式通過串口燒錄HEX文件程序或者BIN文件程序。輸出及燒錄HEX文件程序或者BIN文件程序方式如下圖所示：
5、拓展：解析HEX文件
HEX文件可以通過UltraEdit、Notepad++、記事本等工具打開，用Notepad++打開之後會看到以下數據內容：
使用Notepad++打開後會不同含義的數據其顏色不同。每行數據都會有一個冒號開始，後面的數據由：數據長度、地址、標識符、有效數據、校驗數據等構成。以上圖的第一行爲例，進行解析：
第1個字節10，表示該行具有0x10個數據，即16個字節的數據；
第2、3個字節3E00，表示該行的起始地址爲0x3E00；
第4個字節00，表示該行記錄的是數據；
第5-20個字節，表示的是有效數據；
第21個字節EB，表示前面數據的校驗數據，校驗方法：0x100-前面字節累加和；
其中，第4個字節具有5種類型：00-05，含義如下：
| 字段 | 含義 |
| 00 | 表示後面記錄的是數據 |
| 01 | 表示文件結束 |
| 02 | 表示擴展段地址 |
| 03 | 表示開始段地址 |
| 04 | 表示擴展線性地址 |
| 05 | 表示開始線性地址 |
單片機的hex文件以00居多，都用來表示數據。hex文件的結束部分如下圖所示：
最後一行的01表示文件結束了，最後的FF表示校驗數據，由0x100-0x01=0xFF得來。
資源下載：IAR環境下STM32+IAP方案的實現