代码收藏家技术教程 2024-06-18

STM32 OTA学习：Bootloader开发实践【超子物联网分享】

STM32 OTA学习 Bootloader 【超子说物联网】

一个学习贴，学习超子说物联网的“GD32/STM32单片机，OTA网络远程升级，手把手编写BootLoader程序教程”视频，记录下一些学习内容。

超子哥的视频真心不错，可惜我发现的有些晚，跟着超哥这个Bootloader视频手把手一路写过来收获很多，前面的学习没有记录，看后面有没有机会补上吧

超哥视频教学用的是GD32F103C8T6，本人用的STM32F103C8T6，从零写起基本没有碰到大问题，感谢超哥的教学视频，如果本帖有侵权还请联系我删除！

本章的任务是读取AT24C02中存储的OTA更新标志位，并根据标志位内容执行APP区的跳转，实现以下3点：

读取OTA更新标志位

实现标志位判断函数

跳转到APP区代码

一、读取OTA更新标志位

为了便于标志位索引和日后对代码的拓展，我们选择将标志位放到一个结构体内进行管理：

typedef struct{
	u32 OTA_flag;
}OTA_InfoCB;

#define OTA_INFOCB_SIZE			(sizeof(OTA_InfoCB))

定义好结构体类型后我们就可以在main.c中声明一个全局变量，当然，为了能在别的C文件中也能调用到它，别忘了在头文件中进行一个外部变量声明

/*	main.c	*/
OTA_InfoCB OTA_Info;
/*	main.h	*/
extern OTA_InfoCB OTA_Info;

那么在读标志位的函数中我们这样实现

void AT24C02_ReadOTAInfo(void)
{
	memset(&OTA_Info ,0 , OTA_INFOCB_SIZE);
	AT24C02_ReadData(0, (u8 *)&OTA_Info, OTA_INFOCB_SIZE);
}

首先用memset函数对OTA_Info结构体这段内存区域进行赋初值0，OTA_INFOCB_SIZE宏定义表示OTA_InfoCB结构体的大小，采用宏定义便于代码拓展。

我们规定将AT24C02的前4个字节用作OTA更新标志位的存储，所以这里我们使用AT24C02_ReadData函数从0地址起，读我们所需的大小

二、实现标志位判断函数

先贴上代码

void BootLoader_Branch(void)
{
	if(OTA_Info.OTA_flag == OTA_SET_FLAG){
		u1_printf("OTA有更新！\r\n");
	}else{
		u1_printf("OTA无更新，跳转A分区代码\r\n");
	}
}

OTA_SET_FLAG是在main.h中我们自己定义的标志位值，我们先定义为0xAABB 1122，同时我们打印出AT24C02前四个字节的值，上机测试一下

可以看到无更新分支可以正常进入，此时读到的OTA_flag值为0x0405 0607，因为之前在编写AT24C02代码进行读写测试时我曾经修改过其中的值。为了测试有更新分支是否正常，我们将OTA_SET_FLAG修改为0x0405 0607并重新烧录，可以看到，有更新分支也可以正常进入，本部分功能实现正常

三、跳转到APP区代码

1、分析

我们要实现Bootloader区代码在运行中跳转去运行APP区代码，实现的效果应该和上电复位后直接运行APP区代码效果一样，所以通用寄存器R0-R12，存储返回地址R14 等都不需要保护起来，我们只需要关心修改主堆栈指针MSP和指向当前的程序地址的R15（程序计数寄存器）PC。

在不做任何修改的情况下，默认Flash的起始地址从0x0800 0000处开始烧写程序，我们看一下一个普通的程序的启动文件startup_stm32f10x_md.s，其中建立了中断向量表，它的首地址（即__initial_sp）存放的一定是栈顶指针，接着偏移4字节，运行Reset_Handler函数，进行一些列初始化操作并最终运行到我们所编写的main函数中去（启动文件分析见本贴末尾链接）。从这里我们也能看出我们想要实现类似“上电复位后直接运行APP区代码”所要做的事：

修改主堆栈指针MSP

运行Reset_Handler函数，也就是修改指向当前的程序地址的R15（程序计数寄存器）PC

2、实现

2.1、修改主堆栈指针MSP

__ASM void MSR_SP(u32 addr)	//__ASM关键字表示以下为汇编指令，addr传入Flash地址，例如0x08000000
{
	MSR MSP, R0				//将传入参数，也就是R0的值赋给主堆栈指针MSP
	BX R14					//跳转到存储返回地址的R14寄存器，可以理解为退出本函数
}

keil中写这段代码会出现如下的红叉，但编译并没有问题，网上粗略搜了一下，只看到失能Edit–>Configuration–>Text Completion–>Dynamic Syntax Checking，关闭动态语法检查的掩耳盗铃做法🤣借用超哥的话，大家如果有什么好办法解决这个问题的话欢迎留言，让我们一起干掉这讨厌的红叉

2.2、运行Reset_Handler函数

/*	boot.h	*/
typedef void (*pFunction)(void);
/*	boot.c	*/
void LOAD_A(u32 addr)
{
	pFunction Jump_To_Application;
    Jump_To_Application = (pFunction)*(u32 *)(addr + 4);
    Jump_To_Application();
}

中断向量表中0x8000 0004位置存储的是Reset_Handler函数的函数名，也就是函数指针，我们如果想要调用这个函数，首先需要获得到这个函数。

(pFunction)*(u32 *)(addr + 4)：假设传入addr为0x0800 0000，那么(addr + 4)就偏移到0x0800 0004，；们要操作的是地址为0x0800 0004的空间，所以将其强转为(u32 *)；这块空间存储的内容为函数指针，所以我们用*号来解引用；最后用(pFunction)将其强转为函数指针类型。最后像调用普通函数一样调用Jump_To_Application()就实现了Reset_Handler函数的调用。

2.3、合并并实验

/*	boot.c
 *	在LOAD_A中调用MSR_SP
 */
void LOAD_A(u32 addr)
{
	pFunction Jump_To_Application;
    MSR_SP(*(u32 *)addr);
    Jump_To_Application = (pFunction)*(u32 *)(addr + 4);
    Jump_To_Application();
}
/*	在无更新分支调用在LOAD_A中调用MSR_SP */
void BootLoader_Branch(void)
{
	if(OTA_Info.OTA_flag == OTA_SET_FLAG){
		u1_printf("OTA有更新！\r\n");
	}else{
		u1_printf("OTA无更新，跳转A分区代码\r\n");
		LOAD_A(STM32_A_START_ADDR);
	}
}

/*	main.c
 *	上面用到的STM32_A_START_ADDR之前定义在了main.h中，在此重新贴一下
 */
#define STM32_FLASH_STARTADDR		(0x08000000)                                                 //STM32 Flash起始地址
#define STM32_PAGE_SIZE				(1024)                                                       //一页（扇区）大小
#define STM32_PAGE_NUM				(64)                                                         //总页数（扇区数）
#define STM32_B_PAGE_NUM			(20)                                                         //bootloader区大小
#define STM32_A_PAGE_NUM			(STM32_PAGE_NUM - STM32_B_PAGE_NUM)                          //程序块大小
#define STM32_A_START_PAGE			STM32_B_PAGE_NUM                                             //程序块起始页编号（扇区编号）
#define STM32_A_START_ADDR			(STM32_FLASH_STARTADDR + STM32_B_PAGE_NUM * STM32_PAGE_SIZE) //程序块起始地址

至此已经能够实现APP区代码的跳转功能了，但我们的APP区是空的，并没有烧代码进去，下面我们来烧录个程序进去测试一下。

重新说明一下，我们所用的STM32F103C8T6是64kFlash，做的分区思路是前20k存放Bootloader代码，后20~64k存放APP代码，也就是从0x0800 5000开始，是我们的APP代码存储空间。我准备烧录的APP是串口回显的功能，给串口发什么它就打印什么。想要将代码烧录到0x0800 5000开始的区域，我们还需要进行一些修改：

①system_stm32f10x.c文件

如下图所示，我们需要修改整个向量表的偏移量，我们从20k处开始，20*1024=20480，16进制为0x5000。

②魔术棒–>Target

如下图所示，修改起始地址为0x0800 5000，后面的Size大小不用关心

③魔术棒–>Linker

如下图所示，修改链接基地址为0x0800 5000

现在准备工作就完成了，我们可以烧录Bootloader程序和APP程序，串口打印如下：

实验成功！

PS:

从ST官网下载的Bootloader——STM32F10x_AN2557_FW_V3.3.0部分代码如下图所示

可以看到，超哥的代码思想与官方Bootloader基本一致，73行还加入了APP首地址有效性的判断，超哥的代码中也存在，上面我没有给出因为我在学习时有点困扰，我担心前面就贴上影响大家思考，现在我再给出：

void LOAD_A(u32 addr)
{
	pFunction Jump_To_Application;
	
	if((*(u32 *)addr >= 0x20000000) && (*(u32 *)addr <= 0x20004fff)){
		MSR_SP(*(u32 *)addr);
		Jump_To_Application = (pFunction)*(u32 *)(addr + 4);	
		BootLoader_Clear();
		Jump_To_Application();
	}
}

中断向量表中的首地址（即__initial_sp）存放的一定是栈顶指针，堆和栈的属性都是 READWRITE 可读写，可读写段保存于 SRAM区，即地址0x2000 0000 地址后。STM32F103C8T6的SRAM大小为20k，所以可访问范围从0x0到0x4fff，加上基地址就是0x2000 0000到0x2000 4fff。

BootLoader_Clear函数中是一些DeInit的操作，就不展开了。

关于启动文件中的一些分析，参考下面的链接。

STM32单片机启动文件分析

ps：个人水平有限，如果文中有错误还请指正！

未完待续…

作者：朝阳晴朗天