本文介紹如何在STM32上實現升級功能，程序包括：bootloader和APP(也叫IAP, In Application Programming)，基於STM32F103RCT6型號的MCU作爲實驗平臺，以STM32CubeMX工具進行工程的建立及底層配置等工程，工程基於STM32 HAL庫開發。

一、整體框架

整體上，在flash上燒寫2個程序，bootloader和APP。

bootloader程序位於0x80000000處，即默認的程序啓動地址；

APP程序則位於bootloader程序的往後某地址，空間大小需自行定義。

STM32F103RCT6的flash大小爲256K。

1、flash分區概述

如我flash空間分配如下：

2、各分區說明

分區說明
分區	地址	大小	作用
bootloader	0x8000 0000	32K	校驗、引導APP、升級
param	0x8000 8000	16K	參數區，保存一些斷電不丟失參數
APP	0x8000 C000	192K	主應用程序
reserve	0x8003 0000	16K	預留區(可用作參數的備份，或其他)

二、bootloader

bootloader的主要功能：校驗數據、啓動APP、升級APP。

bootloader的工作流程如下：

1、基礎功能初始化(時鐘、外設等)；

主要進行一些BSP板級初始化：(僅供參考，因工程而異)

/******************************************************************/
/**
 * BSP初始化函數\n
 *
 */
/******************************************************************/
void BSP_Init(void)
{
	
	/* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/
	
	/* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
	HAL_Init();
	
	/* Configure the system clock */
	SystemClock_Config();
	
	/* Initialize all configured peripherals */
	
	/* Initialize GPIO */
	MX_GPIO_Init();
	
	/* Initialize usart */
	MX_UART_Init();

	/* Initialize timer */
	Timer_ParamInit();
	MX_TIM3_Init();
	MX_TIM4_Init();

}

2、數據校驗(參數區信息、APP程序的檢驗)

此步驟爲後續啓動過程讀取一些基礎參數，以及校驗數據的準確性等。

讀取參數區的參數：如我將升級相關的參數寫在此分區(目前僅是啓動標誌，具體可自行定義)，根據此標誌來判斷下一步該如何走。

/* flash參數區信息結構 */
struct param_info
{
	UINT16		usStartFlag;	// 啓動標誌 0x0A-跳至APP 0x0B-等待升級 0x0F-已強制啓動過
};

校驗數據：如我將校驗APP程序區的數據是否正常，採用CRC校驗。

/******************************************************************/
/**
 * 檢驗flash參數區函數\n
 *
 */
/******************************************************************/
int check_paramInfo(UINT32 unParamAddr, UINT32 unAppAddr, UINT32 unAppRunOffset)
{
	struct param_info		stParams = {0};
	INT32		nRetAppHead = 0;

	/* 檢查參數區-判斷啓動APP/升級? */
	memset(&stParams, 0, sizeof(struct param_info));
	cpuflash_read(unParamAddr, (UINT8 *)&stParams, sizeof(struct param_info));
	if(stParams.usStartFlag == BOOT_FALG_NORMAL_RUNAPP)		// 直接跳轉APP
	{
		/* APP校驗 */
		nRetAppHead = check_AppInfo(unAppAddr, unAppRunOffset);
		if(nRetAppHead == 0)
		{
			HAL_TIM_Base_Stop_IT(&htim3);	// ??? 不關中斷跳轉不了-原因未明
			loadAPP(unAppAddr +unAppRunOffset);
		}
		else
		{
			printf("%s: check_AppInfo failed, [may be crc error] !\n", __FUNCTION__);
		}
	}

	/* 若參數/APP頭信息錯誤-嘗試強制啓動 */
	if((stParams.usStartFlag!=BOOT_FALG_WAIT_UPGRADE && stParams.usStartFlag!=BOOT_FALG_FORCE_RUNAPP) || nRetAppHead!=0)
	{
		force_loadAPP(unParamAddr, unAppAddr, unAppRunOffset);
	}
	else
		printf("%s: ------------ wait to upgrade ------------\n", __FUNCTION__);

	return 0;
}

流程：先讀取參數，判斷下一步是直接啓動APP還是留在bootloader等待升級。若是啓動APP則校驗APP程序數據是否正常，若校驗失敗則可嘗試強制啓動一次(啓動失敗也沒關係，看門狗會自動復位)。

3、跳轉APP或升級APP。

如何跳轉至APP呢？跳轉函數：

/*****************************************************************/
/**
 * 加載APP \n
 * 
 */
/******************************************************************/
void loadAPP(INT32U unLoadAddr)
{
	void (*fnJump2APP)(void);
	INT32U	unJumpAddr;
	
	if(((*(__IO INT32U *)unLoadAddr) & 0x2FFE0000) == 0x20000000)	/* 檢查棧頂地址是否合法 */
	{
		printf("%s: ----------------------> run APP addr: 0x%x\r\n", __FUNCTION__, unLoadAddr);

		/* 用戶代碼區第5~8字節爲程序開始地址(復位地址) */
		unJumpAddr = *(__IO INT32U *)(unLoadAddr + 4);
		fnJump2APP = (void (*)(void))unJumpAddr;
		/* 初始化APP堆棧指針(用戶代碼區的前4個字節用於存放棧頂地址) */
		__set_MSP(*(__IO INT32U *)unLoadAddr);
		fnJump2APP();
	}
	else
	{
		printf("ERROR: %s: Stack top address is not valid! Can not run func!\r\n", __FUNCTION__);
		while(1);
	}
}

升級，即讀取到的參數標誌爲升級狀態，則留在bootloader等待接收升級包數據(APP程序數據)，並將其寫入flash的APP分區。(具體見程序)

三、APP

APP的主要功能：除升級功能外的所有應用功能，及跳轉至bootloader準備升級。

中斷向量表重映射：由於APP程序的起始地址的變化，因此需要重映射，否則程序異常。

/* 宏定義 */
#define IS_NVIC_VECTTAB(VECTTAB) (((VECTTAB) == SRAM_BASE) || ((VECTTAB) == FLASH_BASE))
										  
#define IS_NVIC_OFFSET(OFFSET)  ((OFFSET) < 0x000FFFFF)

/****************************************************************
* Func 	:
* Desc	:	中斷向量表重映射
* Input	:	flash中斷向量地址(一般爲0x08000000U)、偏移地址(flash程序燒寫地址相對NVIC_VectTab偏移)
* Output:
* Return:
*****************************************************************/
void NVIC_SetVectorTable(UINT32 NVIC_VectTab, UINT32 Offset)
{
  /* Check the parameters */
  assert_param(IS_NVIC_VECTTAB(NVIC_VectTab));
  assert_param(IS_NVIC_OFFSET(Offset));

  SCB->VTOR = NVIC_VectTab | (Offset & (UINT32)0x1FFFFF80);
}

跳轉功能可用bootloader的跳轉函數，也可直接重啓reboot，兩種方式都可達到目的---進入bootloader運行。

四、升級功能

升級，即是將新的程序數據替換舊的程序數據，因此，只需在程序數據所在區域擦除舊數據再寫上新數據即可。

程序數據位置CPU內部flash區，因此需要以flash的讀寫擦等函數操作爲基礎，如下：

/****************************************************************
* Func 	:
* Desc	:	讀取CPU內部flash
* Input	:
* Output:
* Return:
*****************************************************************/
INT32 cpuflash_read(UINT32 unStartAddr, UINT8 *pData, UINT16 usSize)
{

	if(pData == NULL)
		return -1;

	memcpy(pData, (INT8U *)unStartAddr, usSize);

	return 0;
}

/****************************************************************
* Func 	:
* Desc	:	寫入CPU內部flash (要先erase才能寫)
* Input	:
* Output:
* Return:
*****************************************************************/
INT32 cpuflash_write(UINT32 unStartAddr, UINT8 *pData, UINT16 usSize)
{
	INT32 	i = 0;
    INT32 	nRet = 0;
    UINT16 	usTemp1 = 0;
    UINT16 	usTemp2 = 0;
    UINT16 	usTempALL = 0;

	
    if(usSize%2 != 0)
    {
        usSize += 1;
    }

	HAL_FLASH_Unlock();		// unlock
	
    for(i=0; i<usSize/2; i++)
    {
		usTemp1 = *pData;
		usTemp2 = *(pData+1);
		usTempALL = ((usTemp1&0X00FF) | ((usTemp2<<8)&0XFF00));
		//usTemp = ((*pData>>8)&0X00FF) | (*(pData+1)&0XFF00);
		//usTemp = *(INT16U *)pData;/*這個會導致硬件崩潰*/
		nRet = HAL_FLASH_Program(FLASH_TYPEPROGRAM_HALFWORD, unStartAddr, usTempALL);
		if(nRet != HAL_OK)
		{
			HAL_FLASH_Lock();		// lock
			printf("ERROR: %s: program[%d %d] failed-code[%d]\n", __FUNCTION__, usTemp1, usTemp2, nRet);
			return -1;
		}
	
		unStartAddr += 2;
		pData += 2;
	}

    HAL_FLASH_Lock();		// lock

	return 0;
}

/****************************************************************
* Func 	:
* Desc	:	擦除CPU內部flash(整頁)
* Input	:
* Output:
* Return:
*****************************************************************/
INT32 cpuflash_erase(UINT32 unStartAddr, UINT32 unEndAddr)
{
	FLASH_EraseInitTypeDef	stEraseInit;
	UINT32		ucPageErr = 0;
    UINT32  	unTempAddr = 0;
	INT32		nRet = 0;


	HAL_FLASH_Unlock();		// unlock

	for(unTempAddr=unStartAddr; unTempAddr<=unEndAddr; unTempAddr+=FLASH_PAGE_SIZE)
	{
		stEraseInit.TypeErase = FLASH_TYPEERASE_PAGES;
		stEraseInit.PageAddress = unTempAddr;
		stEraseInit.NbPages = 1;
		nRet = HAL_FLASHEx_Erase(&stEraseInit, &ucPageErr);
		if(nRet != HAL_OK)
		{
			HAL_FLASH_Lock();
			return -1;
		}
		GPIO_feedDog();
	}

    HAL_FLASH_Lock();		// lock

	return 0;
}

順便說下，STM32內部flash庫的保護問題，若不加保護，則內部程序可輕易被J-Flash等工具讀出。因此，常用的措施是：對內部flash添加讀寫保護機制。鎖定與解除函數如下：

/****************************************************************
* Func 	:
* Desc	:	使能讀保護函數
* Input	:
* Output:
* Return:
*****************************************************************/
void cpuflash_enableReadProtect(void)
{
  FLASH_OBProgramInitTypeDef OBInit;
  
  __HAL_FLASH_PREFETCH_BUFFER_DISABLE();
  
  HAL_FLASHEx_OBGetConfig(&OBInit);
  if(OBInit.RDPLevel == OB_RDP_LEVEL_0)
  {
  	printf("%s: ------------ set ----------\n", __FUNCTION__);
    OBInit.OptionType = OPTIONBYTE_RDP;
    OBInit.RDPLevel = OB_RDP_LEVEL_1;
    HAL_FLASH_Unlock();
    HAL_FLASH_OB_Unlock();
    HAL_FLASHEx_OBProgram(&OBInit);
    HAL_FLASH_OB_Lock();
    HAL_FLASH_Lock();
	//HAL_FLASH_OB_Launch();
  }
  __HAL_FLASH_PREFETCH_BUFFER_ENABLE();

}

/****************************************************************
* Func 	:
* Desc	:	失能讀保護函數
* Input	:
* Output:
* Return:
*****************************************************************/
void cpuflash_disableReadProtect(void)
{
  FLASH_OBProgramInitTypeDef OBInit;
  
  __HAL_FLASH_PREFETCH_BUFFER_DISABLE();
  
  HAL_FLASHEx_OBGetConfig(&OBInit);
  if(OBInit.RDPLevel == OB_RDP_LEVEL_1)
  {
	  printf("%s: ------------ set ----------\n", __FUNCTION__);
    OBInit.OptionType = OPTIONBYTE_RDP;
    OBInit.RDPLevel = OB_RDP_LEVEL_0;
    HAL_FLASH_Unlock();
    HAL_FLASH_OB_Unlock();
    HAL_FLASHEx_OBProgram(&OBInit);
    HAL_FLASH_OB_Lock();
    HAL_FLASH_Lock();
	//HAL_FLASH_OB_Launch();
  }
  __HAL_FLASH_PREFETCH_BUFFER_ENABLE();

}

以上爲flash操作的相關函數。

有了flash操作的函數，升級操作也就順理成章了，無非就是一包一包地接收數據，然後一包一包地寫入flash。

其中，通信是通過串口，自己定義協議傳送數據，將程序數據拆成N個包，一包一包地傳輸，例如設定3條協議，分別是：開始升級、發送升級數據、升級完成確認（自定義啦，暫不提供）。

處理一包升級數據的函數：

/****************************************************************
* Func 	:
* Desc	:	初始化
* Input	:	usSeq-順序號 pData-數據 usDatalen-長度 pstAPPHead-APP頭信息(只第一包有用)
* Output:
* Return:
*****************************************************************/
int update_packDataHandle(UINT16 usSeq, UINT8 *pData, UINT16 usDatalen, struct APP_headinfo *pstAPPHead)
{
	static INT16U		usLastSeq = 0;		// 上一次成功的序號
	static INT32U		unProgAddr = 0;		// 燒寫地址
	INT32		nRet = 0;

	if(usSeq == usLastSeq)		// 重複包
		return 0;

	if(usSeq == 1)
	{
		printf("%s: ----------------- the first packet -----------------\n", __FUNCTION__);

		/* erase APP area */
		nRet = cpuflash_erase(FLASH_PAGE_APP_START, FLASH_PAGE_APP_START +pstAPPHead->unAPPSize);
		if(nRet != 0)
			return -1;

		unProgAddr = FLASH_PAGE_APP_START;
	}

	if(unProgAddr<FLASH_PAGE_APP_START || unProgAddr>=FLASH_PAGE_APP_END+FLASH_PAGE_SIZE)
		return -1;

	nRet = cpuflash_write(unProgAddr, pData, usDatalen);
	if(nRet != 0)
		return -1;

	/* 設置燒寫地址偏移和升級包序號-0xFFFF表示最後一包 */
	if(usLastSeq!=0xffff && usSeq!=0xffff)
	{
		unProgAddr += usDatalen;
	}
	usLastSeq = usSeq;
	if (usLastSeq == 0xffff)
	{
		printf("%s: Recv the last packet data.\r\n", __FUNCTION__);
		usLastSeq = 0;
	}

	return 0;
}

升級大概如此，不盡詳細，歡迎吐槽。

附件：示例工程鏈接

https://github.com/zengzhaorong/stm32_IAP-demo

。

STM32具備升級功能的bootloader及APP/IAP的實現

一、整體框架

1、flash分區概述

2、各分區說明

二、bootloader

1、基礎功能初始化(時鐘、外設等)；

2、數據校驗(參數區信息、APP程序的檢驗)

3、跳轉APP或升級APP。

三、APP

四、升級功能

附件：示例工程鏈接

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