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第67章 STM32H7的系統bootloader基礎知識
本章爲大家介紹STM32H7內置的系統bootloader的基礎知識。
目錄
67.3.1 設置硬件boot引腳進入系統bootLoader
67.1 初學者重要提示
- 本章主要爲大家介紹系統bootloader的理論知識，下個章節爲大家實戰。
- 更多系統bootloader的基礎知識看本帖的AN2606應用筆記：http://www.armbbs.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=96573 。
67.2 系統bootLoader基礎知識
STM32的系統存儲區自帶bootloader，此程序是ST在芯片出廠時燒錄進去的，主要用於將用戶應用程序下載到芯片內部Flash。支持USB，SPI，I2C，CAN，UART等接口方式下載。如果大家的應用程序打算採用這種接口方式進行升級，可以考慮採用系統bootloader，簡單易用，無需用戶自己寫bootLoader了。
更重要的是，使用系統BootLoader可以不依賴硬件boot引腳，可以直接從應用程序跳轉到系統BootLoader，這樣靈活性就很大了。
67.2.1 系統bootLoader執行流程
下面是STM32H7的BootLoader程序執行流程，簡單瞭解下即可：
關於這個執行流程，要特別注意一點：如果在進入系統BootLoader前就插入了USB線，會導致進入系統BootLoader後優先執行USB DFU，其它的接口方式將沒有機會執行。
67.2.2 系統bootLoader使用的引腳
STM32H7的Bootloader使用到的引腳分配如下：
67.3 進入系統bootLoader的方法
STM32進入系統BootLoader主要有兩種方法，一種是設置boot引腳，另一種是應用程序直接跳轉到系統BootLoader。
67.3.1 設置硬件boot引腳進入系統bootLoader
H7的啓動方式比較更靈活，只需一個boot引腳。但是一個引腳只能區分出兩個狀態，爲了解決這個問題，H7專門配套了兩個option bytes選項字節配置，如此以來就可以方便設置各種存儲器地址了。
BOOT_ADD0和BOOT_ADD1對應32位地址到高16位，這點要特別注意。通過這兩個選項字節，所有0x0000 0000到0x3FFF 0000的存儲器地址都可以設置，包括：
- 所有Flash地址空間。
- 所有RAM地址空間，ITCM，DTCM和SRAM。
設置了選項字節後，掉電不會丟失，下次上電或者復位後，會根據BOOT引腳狀態從BOOT_ADD0，或BOOT_ADD1所設置的地址進行啓動。也就是說是，H7可以從0x0000 0000到0x3FFF 0000所有地址進行啓動，這點與F4完全不同，F4系列是固定從0x0000 0000啓動的。
STM32H7的boot引腳設計：
使用BOOT功能，注意以下幾個問題：
- 如果用戶不慎，設置的地址範圍不在有效的存儲器地址，那麼BOOT = 0時，會從Flash首地址0x0800 0000啓動，BOOT = 1時，會從ITCM首地址0x0000 0000啓動。
- 如果用戶使能了Flash Level 2保護，那麼只能從Flash地址空間進行啓動。
67.3.2 用戶應用程序跳轉到系統bootLoader
除了使用boot引腳控制運行系統BootLoader，也可以上電後跳轉，跳轉前注意以下問題：
- 禁止所有外設時鐘。
- 禁止使用的PLL。
- 禁止所有中斷。
- 清除所有中斷掛起標誌。
- 如果使用Go命令，對於BootLoader中使用的硬件外設寄存器，跳轉前是不會設置到復位值的，如果用戶代碼中恰好也用到這些寄存器，需要重新配置。這裏要特別注意的是BootLoader會用到看門狗，並且喂狗時間設爲最長了，如果用戶代碼裏面要用到看門狗請根據需要重新配置，並且看門狗一旦開啓是無法關閉的。
- 對於具有雙bank特性的STM32，爲了能夠從用戶代碼跳轉到系統boot，需要將系統boot代碼區使用寄存器SYSCFG重映射到0x0000 0000（除了F7和H7系列）。對於STM32F7系列，需要禁止nDBOOT / nDBANK 特性，然後跳轉到系統boot區。
- 如果用到系統bootloader的DFU/CAN接口，需要用到HSE時鐘，這個時鐘的頻率是通過內部HSI/MSI檢測出具體頻率。因此，由於外部溫度等各種情況，內部HSI的精度會受到影響，從而影響檢測出來的HSE時鐘有較大誤差，最終導致DFU/CAN運行失敗。
具體實現會在下一章節爲大家講解。
67.4 退出系統bootLoader的方法
當前主要研究了USB DFU和串口IAP退出bootLoader。
- USB DFU
當芯片工作在系統bootLoader的USB DFU模式，更新完畢程序後，不會自動退出USB DFU，需要重新復位芯片後纔會退出。由於DFU模式會用到USB線，插拔USB線是難以避免的，所以是否支持自動退出，並不影響。
- 串口IAP
當芯片工作在系統bootLoader的串口升級模式，更新完畢程序後，可以自動退出。所以基於串口的組網設備，使用系統bootloader非常方便。
67.5 系統bootLoader的擦寫管理
注：這部分知識點有個瞭解即可。
- 使用bootloader命令進行的所有寫操作都只能字對齊（地址應該是4的倍數）。要寫入的數據數量也必須是4的倍數（接受未對齊的半頁寫地址）。
- 有些產品不支持批量擦除操作。使用BootLoader進行批量擦除時，有兩種方法可用：
- 使用扇區擦除命令一個一個刪除。
- 將保護級別設置爲1，然後設置爲0（使用讀保護命令，然後使用讀非保護命令），將導致大批量擦除操作。
- STM32 L1和L0系列的Bootloader除了支持操作內部Flash，內部SRAM，可選字節等，還支持操作Data Memeory（數據存儲區，貌似是指的EEPROM）。數據存儲區支持讀寫操作，而不支持擦除命令，如果要擦除，寫0即可。另外對此存儲區的寫操作必須是4字節對齊（寫地址），並且寫入的數據也是4的倍數。
- F2, F4, F7 和 L4除了支持操作內部Flash，內部SRAM，可選字節等，還支持操作OTP存儲區。僅支持讀寫操作，不支持擦除命令。
- F2, F4 和 F7系列的內部Flash寫格式依賴於供電電壓範圍，默認的寫操作只支持字節（半字，字和雙字是不支持的），爲了增加寫操作速度，用戶施加足夠的電壓範圍以允許寫操作按半字，字或雙字，並通過虛擬內存位置的boot程序更新此配置。該內存位置不是物理地址，但可以根據協議使用常規的BootLoader讀寫操作。該存儲位置包含4個字節，分別爲如下表所述：
67.6 總結
本章節就爲大家講解這麼多，更新相關的知識看ST的應用筆記AN2606。