STM32通過IAP實現固件升級的分析與示例

大部分MCU都可以通過IAP對片內flash進行讀寫來實現固件升級。

這裏主要是STM32如何實現IAP升級。

不同內核的stm32方式可能略有不同。這裏先說F1內核的IAP過程，以STM32F103C8T6爲例。

一、片內FLASH讀寫

實現IAP，首先要實現片內FLASH讀寫

1、擦除程序區，調用庫函數FLASH_ErasePage可以按頁做擦除

int FlashErase(uint32_t addr)
{
	uint8_t retry_time;
  uint8_t i;
	retry_time = 200;
	
  FLASH_Unlock();
  for(i=0; i<55; i++)
  {
		FLASH_ErasePage((uint32_t)addr);
		while((FLASH->SR & FLASH_FLAG_EOP) == 0)
		{
			delay_ms(1);
			retry_time--;
			if(retry_time == 0)
			{
				return 1;
			}		
		}
		//標記清零
		FLASH->SR |= FLASH_FLAG_EOP;
    addr += 0x400;
		delay_ms(1);
  }
  FLASH_Lock();
	return 0;
}

2、讀片內FLASH

直接指針讀指定FLASH地址就可以了

#define PARA_START_ADDR1     0x0800f800 	//參數首地址


uint8_t *src;
src = (uint8_t *)PARA_START_ADDR1;
printf("flash data = %x\r\n",*(src));

需特別注意,字節的存儲順序，默認應該是小端的。比如一個2字節的變量，存入0xAA55，則*(src)取到的是0x55，，*(src+1)取到的纔是0xAA

FALSH讀取可以用來檢查寫入的程序是否正確或者用來檢查一些保存的參數

3、寫入片內FLASH

//保存配置參數
void Save_Para(uint32_t addr)
{
        uint8_t *s;
        uint16_t i,data,len
    	uint8_t retry_time;

        s = (uint8_t *)&System_Para;    //要寫入的數據地址

		FLASH_Unlock();
		FLASH_ErasePage(addr);
		retry_time = 200;
		while((FLASH->SR & FLASH_FLAG_EOP) == 0)
		{
			delay_ms(1);
			retry_time--;
			if(retry_time == 0)
			{
				break;
			}		
		}	
		//標記清零
		FLASH->SR |= FLASH_FLAG_EOP;	
		
		for(i=0; (i+1)<=len; i+=2)
		{
			data = *(uint16_t *)(s+i);
			FLASH_ProgramHalfWord(addr+i,data);
			retry_time = 10;
			while((FLASH->SR & FLASH_FLAG_EOP) == 0)
			{
				delay_ms(1);
				retry_time--;
				if(retry_time == 0)
				{
					break;
				}		
			}		
			//標記清零
			FLASH->SR |= FLASH_FLAG_EOP;		
		}
		if(i == len)
		{
			data = 0xff00+*(s+i);//ff00
			FLASH_ProgramHalfWord(addr+i,data);
			retry_time = 10;
			while((FLASH->SR & FLASH_FLAG_EOP) == 0)
			{
				delay_ms(1);
				retry_time--;
				if(retry_time == 0)
				{
					break;
				}		
			}		
			//標記清零
			FLASH->SR |= FLASH_FLAG_EOP;		
		}
		//標記清零
		FLASH->SR |= FLASH_FLAG_EOP;
		FLASH_Lock();
}

寫入片內FLASH之前一定要先擦除，擦除一次最少擦一頁（page），寫入則可以一次寫word或者halfword(4字節或者2字節)

二、程序間跳轉

知道如何讀寫片內FLASH，可以開始實現IAP了

1、首先需要確認程序的地址

STM32一般flash的起始地址是0x08000000

爲了實現IAP，我們需要一個啓動程序（boot）和一個主程序（app），所以需要搭建兩個工程，這兩個工程的程序地址是不同的

比如STM32F103C8T6的程序空間爲64KB，我們爲啓動程序留4KB

則：

啓動程序起始地址爲0x08000000,程序空間爲0x1000
主程序起始地址爲0x08001000，程序空間爲0xF000

這個參數在工程的這裏設置

有時可以用片外Flash存儲程序端，程序先寫到片外，在升級過程中再讀進來更新片內程序，這樣需要有片外的存儲器，當然也可以用片內存儲。

比如F103C8T6,我們把0x08000000到0x08001000這4KB做啓動程序

0x08001000到0x08008000這28KB做主程序

0x08008000至0x0800FFFF這32KB做程序和參數備份區

這樣不用片外存儲器也可以做IAP，只是程序空間會被浪費掉一半，而且STM32片內FLASH讀寫壽命不是很長。

2、啓動程序設置跳轉，啓動程序中需要添加跳轉到主程序的代碼

#define PGM_START_ADDR  0x08001000   //程序起始地址

void Check_And_Jump(void)
{
	//跳轉到主程序
	/* Test if user code is programmed starting from address "ApplicationAddress" */
	if (((*(__IO uint32_t*)PGM_START_ADDR) & 0x2FFE0000 ) == 0x20000000)
	{
		/* Jump to user application */
			JumpAddress = *(__IO uint32_t*) (PGM_START_ADDR + 4);
			Jump_To_Main = (pFunction) JumpAddress;
			/* Initialize user application's Stack Pointer */
			__set_MSP(*(__IO uint32_t*) PGM_START_ADDR);
			Jump_To_Main();
	}
}

3、主程序啓動時設置中斷向量偏移，加在MAIN函數開始的地方就行，偏移量就是啓動程序的長度0x1000

int main(void)
{
	NVIC_SetVectorTable(NVIC_VectTab_FLASH, 0x1000);   		//中斷向量轉移

這樣分別燒進去啓動程序，主程序。設備上電後，就會先進入啓動程序，隨後跳到主程序中

三、固件升級

結合片內FLASH讀寫和程序間跳轉，就可以實現片內FALSH升級了

1、首先需要主程序的BIN文件，需要配置這一項

C:\Keil_v5\ARM\ARMCC\bin\fromelf.exe --bin -o D:\stm32Work\bin\wifi.bin  D:\STM32F1\WifiBoard\OBJ\LED.axf

開始的參數爲編譯器位置，然後是你要寫入的位置，最後是工程所在的axf文件位置。

配置好這一項，對主程序工程點擊rebuild，就可以在前面指定的路徑找到主程序的bin文件了

2、傳輸BIN文件

傳輸主程序的BIN文件可以通過本地傳輸，也可以是網絡傳輸，具體看需求。簡單測試可以考慮用TTL串口來傳輸。可以用通用的一些串口調試工具以HEX格式直傳文件，也可以自己寫一個上位機指定一些串口通訊規則。

（1）一般由於RAM有限，一次讀寫的緩衝區最好設小一點，分多次傳完文件

（2）寫進去之後，最好再讀出來檢查是否正確，因爲確實存在寫入失敗的情況

//寫入256字節
FlashWriteMultiData((pack_index)*256+start_pos, PACK_LEN, (uint8_t *)RS232_RX_BUF+4);

//將寫入的字節再讀回來，檢查校驗和
FlashReadData((pack_index)*256+start_pos,PACK_LEN,checkBuf);

（3）應當考慮加校驗來驗證單包和整包數據的完整性。因爲升級一旦出問題，整個系統就無法恢復了，只能重新燒寫。所以應該儘量小心，避免程序寫入可能存在的錯誤

3、回到啓動程序

主程序通過串口接收數據，寫到片內FALSH後半段後，重啓就可以回到啓動程序。

//保存升級狀態
SystemPara.IAP_Status = 0x0F;
SavePara(PARA_START_ADDR1);
//重啓
delay_ms(500);
NVIC_SystemReset();

4、要有參數保存的機制

因爲升級寫完FALSH重啓回到啓動程序時，啓動程序是不知道當前是不是處於升級過程中的，所以我們最少需要1個存在FALSH裏的標誌位來標識當前進程是正常上電還是升級重啓，最好直接指定FALSH裏的一片區域專門做參數存儲的地方。

這樣進入啓動程序時，先判斷當前所處的狀態，再決定是直接跳轉到主程序，還是開始程序刷寫。

以下代碼是直接從工程裏取出來的，沒有做修改，只能做做參考，我就不重新寫一遍完整流程了

啓動時，將保存在程序備份區的程序，刷到主程序所在位置：

uint8_t IAP_Write(void)
{
	uint16_t j;
	uint32_t data;
	uint32_t left_len,addr=0;
	static uint16_t check_sum = 0;
	static uint16_t flash_read_checknum;
	
	left_len = System_Para.Filesize-4;

	while(left_len)
	{
		if(left_len > 256)
		{
			Flash_Read_Data(addr,256,Prog_data);
			addr += 256;
			left_len = System_Para.Filesize-4-addr;
			for(j=0;j<256;j++)
			{
				check_sum += Prog_data[j];
			}
		}
		else
		{
			Flash_Read_Data(addr,left_len,Prog_data);
			
			for(j=0;j<left_len;j++)
			{
				check_sum += Prog_data[j];
			}
			left_len = 0;
		}
	}

	flash_read_checknum = Flash_Read_Byte(System_Para.Filesize-2);
	flash_read_checknum = (flash_read_checknum<<8) + Flash_Read_Byte(System_Para.Filesize-1);

	if(flash_read_checknum == check_sum)
	{
		//校驗和正確
		Flash_Read_Data(0,256,Prog_data);
		if(((*(__IO uint32_t*)Prog_data) & 0x2FFE0000 ) != 0x20000000)
		{
			//程序錯誤，直接返回主程序
			return 10;
		}
	}
	else
	{
		//校驗和錯誤，直接返回主程序
		return 10;
	}
	
	total_data = System_Para.Filesize;
	
	//擦除程序區，失敗就返回0
	if(FlashErase((uint32_t)PGM_START_ADDR))   //清除程序空間
	{
		//FLASH燒寫擦除過程中失敗，不能直接返回主程序，因爲主程序已經沒有代碼了
		return 0;
	}
	
	FLASH_Unlock();
	addr = 0;
	
	left_len = total_data;
	
	while(left_len)
	{
		if(left_len > 256)
		{
			Flash_Read_Data(addr,256,Prog_data);
			for(j=0;j<256;j+=4)
			{
				data = *((uint32_t *)(Prog_data+j));
				if(Inner_FLASH_Program(addr+PGM_START_ADDR+j,data) == 0)
				{
				  return 0;	//失敗
				}
			}			
			addr += 256;
			left_len = total_data-addr;
		}
		else
		{
			Flash_Read_Data(addr,left_len,Prog_data);
			
			for(j=0;j<left_len;j+=4)
			{
				data = *((uint32_t *)(Prog_data+j));
				if(Inner_FLASH_Program(addr+PGM_START_ADDR+j,data) == 0)
				{
				  return 0;
				}
			}
			left_len = 0;			
		}
	}
	FLASH_Lock();
	return 10;
}

//片內程序讀取
void Flash_Read_Data(uint32_t data_addr,uint32_t len,uint8_t *addr)
{
	uint16_t i;
	uint8_t *src;
	
	data_addr += 0x8008000;

	src = (uint8_t *)data_addr;
  for(i=0;i<len;i++)
  {
    *(addr+i) = *(src+i);
  }
}

void Data_Init(void)
{
	uint8_t *dst;
  uint8_t *src;
  uint16_t i;
	uint16_t checksum = 0;

  //讀取系統參數
  dst = (uint8_t *)&System_Para;
	src = (uint8_t *)PARA_START_ADDR1;
  if((*(src) == 0x55)&&(*(src+1) == 0xAA))   //參數沒溢出
  {
		for(i=0;i<sizeof(System_Para);i++)
		{
			checksum += *(src+i);
			*(dst+i) = *(src+i);
		}

		//校驗正確
		if(checksum == (*(src+1023)<<8) + *(src+1022))    //校驗成功
		{
			if(System_Para.IAP_Status == 0x0F)	//FTP下載完成
			{
				if((System_Para.Filesize>0x100) && (System_Para.Filesize<0x10000))
				{
					if(IAP_Write() == 0)
					{
						delay_ms(100);
						NVIC_SystemReset();
					}
				}
				System_Para.IAP_Status = 0x00;
				Save_Para(PARA_START_ADDR1);
				NVIC_SystemReset();
			}
		}
	}
	Check_And_Jump();
}

主程序，將升級程序寫到程序備份區域：

void RS232_Rec_Deal(void)
{
	uint32_t i,j;
	uint8_t pack_type;
	uint16_t pack_index;
	uint8_t pack_check;
	uint8_t checksum;
	uint8_t * pos;
	uint8_t check_buf[256];
	uint8_t *addr;
	u8 dx;
	uint32_t start_pos = 0;
	

	if(RS232_RX_STA&0x8000)	//接收完成
	{
		if(RS232_RX_BUF[0] == 0xAA)	//串口升級
		{
            start_pos = 0x8008000;

			pack_type = RS232_RX_BUF[1];	//幀類型
			pack_index = ((uint16_t)RS232_RX_BUF[2]<<8)+RS232_RX_BUF[3];	//幀序號
			pack_check = RS232_RX_BUF[4+PACK_LEN];	//幀校驗
			
			//算校驗和
			checksum = 0;
			for(i=0;i<PACK_LEN+3;i++)
			{
				checksum += RS232_RX_BUF[1+i];
			}
			
			if(pack_type == UPDATE_START)	//啓動幀
			{
				if(checksum == pack_check) //校驗正確
				{
					Update_Sta.total_pack = ((uint16_t)RS232_RX_BUF[4]<<8)+RS232_RX_BUF[5];	//總包數
					Update_Sta.prog_check = ((uint16_t)RS232_RX_BUF[6]<<8)+RS232_RX_BUF[7];	//文件校驗和
					memset(Update_Sta.pack_sta,0,256);
					FlashErase(start_pos);							//擦除片內
					Update_Rep(REP_STA,START_REC);
				}
				else
				{
					Update_Rep(REP_STA,DATA_ERR);
				}
			}
			else if(pack_type == UPDATE_DATA)	//數據幀
			{
				if(checksum == pack_check) //校驗正確
				{
					//先寫入，然後再讀出來，檢查是否正確
					Flash_Write_MultiData((pack_index)*256+start_pos, PACK_LEN, (uint8_t *)RS232_RX_BUF+4);
					Flash_Read_Data((pack_index)*256+start_pos,PACK_LEN,check_buf);
					for(i=0;i<PACK_LEN;i++)
					{
						if(RS232_RX_BUF[4+i] != check_buf[i])
						{
							break;
						}
					}
					if(i >= PACK_LEN)
					{
						Update_Sta.pack_sta[pack_index] = 1;
						Update_Rep(REP_REC,DATA_RECOK);	//接收成功

						if(pack_index == (Update_Sta.total_pack-1))	//最後一包
						{
							//中間漏包，則判定失敗
							for(j=0;j<Update_Sta.total_pack;j++)
							{
								if(Update_Sta.pack_sta[j] == 0)
								{
									Update_Rep(REP_STA,DATA_ERR);
									RS232_RX_STA = 0;
									return;
								}
							}
							for(j=0;j<255;j++)
							{
							  if(check_buf[255-j] != 0)
								{
								  break;
								}
							}
							System_Para.Filesize = Update_Sta.total_pack*PACK_LEN-j;

							pos = (uint8_t *)start_pos;
							if(( *(pos+System_Para.Filesize-4) == ((TERMINAL_TYPE&0xff00)>>8)) \
								&&( *(pos+System_Para.Filesize-3) == (TERMINAL_TYPE&0xff)))
							{
								Update_Rep(REP_STA,UPDATA_OK);
								System_Para.IAP_Status = 0x0F;
								Save_Para(PARA_START_ADDR1);
								delay_ms(500);
								NVIC_SystemReset();
							}
							else
							{
							  Update_Rep(REP_STA,DATA_ERR);
							}
						}
					}
					else
					{
						Update_Rep(REP_REC,DATA_RECFAIL);
						Update_Rep(REP_STA,DATA_ERR);
					}
				}
				else
				{
					Update_Rep(REP_REC,DATA_RECFAIL);
				}
			}
		}
		RS232_RX_STA = 0;
	}
}

參照以上流程，就基本可以實現用片內FLASH完成IAP升級了。如果用片外存儲器，方法基本是一樣的，就不多說了。

STM32通過IAP實現固件升級的分析與示例

一、片內FLASH讀寫

二、程序間跳轉

三、固件升級

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