代码收藏家技术教程 2024-07-29

STM32、GD32固件升级IAP

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GD32F105RBT6 keil基础工程模板

前言

大家应该知道智能设备都有一个叫“OTA”的应用场景，主要是更新智能设备的固件，主要目的有两修复BUG和增加新功能。

对于嵌入式电子产品基于STM32或者GD32等Cortex®-M3、Cortex®-M4内核的单片机来说实现OTA功能就是实现IAP功能，即用户程序运行中作自身的更新操作。

下面就介绍STM32、GD32进行IAP固件升级（更新）的流程，本次介绍是基于GD32F105RBT6单片机进行的。

一、BootLoader与APP

1、BootLoader

BootLoader是MCU上电（复位）后首先运行的固件程序，在不进行应用程序升级的嵌入式单片机设备中是不需要写这个的。

要理解单片机BootLoader则要对ARM Linux的BootLoader进行区分开来。

Linux系统的BootLoader被称作“加载引导程序”，主要是：初始化硬件设备、建立内存空间映射图，将系统的软硬件环境带到一个合适的状态，然后跳转到操作系统所在的空间，启动操作系统运行。无论设备是否需要升级，都必须要BootLoader。

单片机（GD32或者STM32）的BootLoader，主要是实现在固件升级时下载和校验固件、跳转到用户应用程序（APP）的功能，所以单片机（GD32或者STM32）的BootLoader相对简单。

2、用户应用程序（APP）

APP是用户应用程序，也就是我们编写的底层驱动和上层业务逻辑的那部分程序，由BootLoader运行完成后跳转过来的。

3、启动流程

在讲BootLoader和APP的关系前我们先了解一下STM32和GD32（Cortex – M3/M4）系列单片机的启动流程：

下图为官方手册的内容：

以内部Flash启动为例，可得到STM32的启动流程如下：

1.复位（上电）后，取0x0000 0000地址的值为MSP指针的值（也就是栈内存空间栈顶的地址）；取0x0000 0004地址（第二个字）的值为PC（程序计数器）的值（复位后第一条执行的指令）

2.根据选择的启动模式进行地址映射：

keil编译出来的bin文件默认地址是0x0800 0000，所以MSP指针的值是bin文件的第一个字的内容（注意M3/M4内核是小端模式）；PC（程序计数器）的值为bin文件第二个字的内容。

3.执行启动文件（.s）的程序：

中断向量表：各种中断的入口地址。

4.运行main函数，运行用户程序。

4、BootLoader和APP的关系

上面讲了MCU的整个启动的流程，无论是BootLoader还是APP都必须要按照上面的流程进行启动，只是APP的运行需要在BootLoader中进行跳转，即在BootLoader对MSP和PC进行重新赋值成APP.bin文件中的参数。

故两者的关系如下图：

一般的设计流程：

BootLoader：验证下载新固件完整性，从固件备份区拷贝新固件数据到APP区，跳转到APP中；

APP：业务应用程序设计，下载新固件到备份区（APP_back）并复位。

内部flash分区如下图：

二、BootLoader工程

以GD32F105RBT6为例，BootLoader基础工程创建，起始地址为0x0800 0000，在keil中不需要改动配置参数。

keil工程参数配置如下图：

main.c代码如下：

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include "systick.h"
#include "sys.h"
#include "led.h"
#include "timer.h"
#include "usart.h"	 
#include "32flash.h"

#define FLASH_APP1_ADDR		0x08003000  					// 第一个应用程序起始地址(存放在FLASH)
																						
#define EN_FIRMWARE_CRC32
#define EN_IAP_DEBUG
/*
 * 128k: 10 + 2 + 56 + 56 + 2 + 2 = 128
 */
#define	BOOTLOADER_SIZE			(10 * 1024)	// 0x2800 
#define	CORE_SIZE_128K 			(56 * 1024)	// 0xE000
#define	USER_PARA_SIZE			(2 * 1024)	// 0x800 注意：GD32F105RBT6的FLASH页大小为2K，建议每次拷贝512个字节
typedef  void (*iapfun)(void);									// 定义一个函数类型的参数. 
typedef struct _tag_IAP_UPDATE
{
	uint16_t file_size; 
	uint16_t needupdate;
	uint8_t  crc32_a, crc32_b, crc32_c, crc32_d;
}ipa_update_t;
ipa_update_t ipa_update;													// 缓存升级信息

uint8_t Receive_dat_buffer[USER_PARA_SIZE] = {0};	// 数据接收缓存数组 2K字节缓存 

iapfun jump2app; 
									
void iap_load_app(uint32_t appxaddr);							// 跳转到APP程序执行
void load_update_info(void);											// 加载升级信息，如有新固件在APP中会进行相关标志位的置位
uint8_t update_application(void);									// 将APP备份区固件数据拷贝到APP区

int main(void)
{
	uint8_t tmp = 0;
	/* configure systick */
	systick_config();  
	/* configure priority group */
	nvic_priority_group_set(NVIC_PRIGROUP_PRE2_SUB2);// 设置中断优先级分组为组2：2位抢占优先级，2位响应优先级		
	led_init();															// configure LED		
	timerx_init(TIMER2, 99, 1079);					// configure TIMER3 108 000 000/1080 = 100,000K Hz 计数100 定时1ms	  
	gd32_uart_init();												// configure UART

	load_update_info();											// 加载升级信息
	
	while(1)
	{
		if(ipa_update.needupdate == 1)
		{
			tmp = update_application();						// 进行固件升级
			if(tmp)
			{
				if(((*(vu32*)(FLASH_APP1_ADDR + 4)) & 0xFF000000)==0x08000000)//判断是否为0X08XXXXXX.
				{	 
					printf("bootloader main() firmware upgrade succesuful, ready jump to APP!!\r\n");
//					INTX_DISABLE();   							// 关闭总中断__disable_irq()
					__disable_irq();   							// 关闭总中断
					iap_load_app(FLASH_APP1_ADDR);	// 执行FLASH APP代码			
				}
				else 
				{
					printf("bootloader main() firmware upgrade failed!!\r\n");
					__disable_irq();   							// 关闭总中断
					iap_load_app(FLASH_APP1_ADDR);	// 执行FLASH APP代码	
				}
			}
			else
			{
				printf("bootloader main() firmware upgrade failed!!\r\n");
				__disable_irq();   								// 关闭总中断
					iap_load_app(FLASH_APP1_ADDR);	// 执行FLASH APP代码	
			}
		}
		else
		{
			printf("bootloader main() not new firmware!!\r\n");
			__disable_irq();   // 关闭总中断
			iap_load_app(FLASH_APP1_ADDR);//执行FLASH APP代码	
		}
	}
}

/**
 * @brief 加载更新信息
 * @param[in]  NULL  
 * @return NULL
 */
void load_update_info(void)
{
	uint16_t rec_len = 0;
	
	rec_len = STM_GDFLASH_Read(ADDR_UPDATE_INFO, (uint16_t*)&ipa_update.file_size, sizeof(ipa_update_t)/2);	//从片内Flash中读取IAP参数	
	if(rec_len != 0)
	{
		
	}
}

/**
 * @brief 跳转到应用程序段
 * @param[in]  appxaddr:用户代码（user app）起始地址.
 * @return 
 */
void iap_load_app(uint32_t appxaddr)
{
	if(((*(vu32*)appxaddr) & 0x2FFE0000) == 0x20000000)	// 检查栈顶地址是否合法.
	{ 
		jump2app = (iapfun)*(vu32*)(appxaddr + 4);				// 用户代码区第二个字为程序开始地址(复位地址)		
		
		MSR_MSP(*(vu32*)appxaddr);												// 初始化APP堆栈指针(用户代码区的第一个字用于存放栈顶地址)
		
//		__set_CONTROL(0);//特权模式
				
		jump2app();																				// 跳转到APP.
	}
}

update_application()函数的功能请自行实现，改函数主要是实现固件完整性校验和固件拷贝。

工程结构如下图：

三、APP工程

以GD32F105RBT6为例，APP keil工程，因为APP的起始地址和BootLoader的不同，所以当跳转到APP后需要对中断向量表的地址重新设置：

#define FLASH_APP1_ADDR 0x08003000 // 第一个应用程序起始地址(存放在FLASH)

SCB->VTOR = FLASH_APP1_ADDR; //设置中断向量表偏移量

keil的配置需要改一下地址，如下图：

main.c的代码如下图，下载固件的业务请自行实现，下载完成后软件复位即可：

#include <stdio.h>
#include "systick.h"
#include "rtc.h"
#include "sys.h"
#include "usart.h"	 
#include "timer.h"
#include "32flash.h"

#define FLASH_APP1_ADDR		0x08003000  							// 第一个应用程序起始地址(存放在FLASH)
																									

int main(void)
{
	SCB->VTOR = FLASH_APP1_ADDR;											//设置中断向量表偏移量
	INTX_ENABLE();    																//开启总中断
	/* configure systick */
	systick_config();  
	/* configure priority group */
	nvic_priority_group_set(NVIC_PRIGROUP_PRE2_SUB2);	// 设置中断优先级分组为组2：2位抢占优先级，2位响应优先级		
	rtc_configuration();						// configure RTC
	led_init();											// configure LED		
	key_init();											// configure KEY
	relay_init();										// configure RELAY
	gd32_uart_init();								// configure UART
	timerx_init(TIMER2, 99, 1079);	// configure TIMER2 108 000 000/1080 = 100,000K Hz 计数100 定时1ms	  

	load_devi_info();								// 加载设备信息
	
	while(1)
	{

		date_deal_4g_statask();
		rtc_get();
		
	}
}

我这里是4g模块远程下载固件包，然后软件复位.。

NVIC_SystemReset(); // 复位进入bootloader