STM32F103代码远程升级（二）基于串口IAP的简单实现

- - 一、确定需要解决的问题
  - 二、解决问题

本次所采用的编译环境为Keil，本来是想在IAR环境下开发的，但是还是用不太惯它的调试，所以还是换成了Keil。
本次用到的单片机是Stm32F103C8T6。

在知道了IAP编程的原理之后，需要知道具体实现的过程，这里推荐一篇博文
http://www.51hei.com/stm32/4315.html
博文中博主把IAP方案实现的原理以及所需要注意的问题和解决办法说得很通透了，这里我就不再赘述了。我也是通过学习这篇博文实现了第一个基于串口发送bin文件升级单片机代码的程序（通信中没有加任何数据校验）。

一、确定需要解决的问题

这里我就记录一下我的学习过程。
首先确定几个问题：

实现IAP编程需要着手编写两个程序，一个是Bootloader程序，一个是APP应用程序。
需要对STM32的Flash进行擦除和写入操作。
需要根据APP应用程序开始地址设置中断向量表的偏移
需要改变代码存放的地址空间(因为BootLoader要存放在0x08000000处，用户程序要存放在0x08005000处,而默认的代码存放的地址空间为0x08000000)。
在下载完更新文件之后需要进行PC指针的强制跳转，跳转时需要做什么
串口接收的用户代码数据是什么样的代码数据，是一种什么样的文件，该如何得到该格式文件

然后我开始一个一个解决问题。

二、解决问题

1、准备好Bootloder和APP应用两个程序。

首先我在网上找到了很多基于串口的IAP程序，最后参考的是原子旗舰版关于串口IAP实验的例程。以下是该例程中主函数的操作：

#include "led.h"
#include "delay.h"
#include "key.h"
#include "sys.h"
#include "lcd.h"
#include "usart.h"
#include "stmflash.h"
#include "iap.h"
//ALIENTEK战舰STM32开发板实验48
//IAP实验 Bootloader V1.0 代码 
//技术支持：www.openedv.com
//广州市星翼电子科技有限公司 
int main(void)
{        
    u8 t;
    u8 key;
    u16 oldcount=0; //老的串口接收数据值
    u16 applenth=0; //接收到的app代码长度
    u8 clearflag=0;

    uart_init(256000);  //串口初始化为256000
    delay_init();           //延时初始化 
    LCD_Init(); 
    LED_Init();             //初始化与LED连接的硬件接口

    KEY_Init();             //按键初始化

    POINT_COLOR=RED;//设置字体为红色 
    LCD_ShowString(60,50,200,16,16,"Warship STM32");    
    LCD_ShowString(60,70,200,16,16,"IAP TEST"); 
    LCD_ShowString(60,90,200,16,16,"ATOM@ALIENTEK");
    LCD_ShowString(60,110,200,16,16,"2012/9/24");  
    LCD_ShowString(60,130,200,16,16,"WK_UP:Copy APP2FLASH");
    LCD_ShowString(60,150,200,16,16,"KEY1:Erase SRAM APP");
    LCD_ShowString(60,170,200,16,16,"KEY0:Run SRAM APP");
    LCD_ShowString(60,190,200,16,16,"KEY2:Run FLASH APP");
    POINT_COLOR=BLUE;
    //显示提示信息
    POINT_COLOR=BLUE;//设置字体为蓝色    
    while(1)
    {
        if(USART_RX_CNT)
        {
            if(oldcount==USART_RX_CNT)//新周期内,没有收到任何数据,认为本次数据接收完成.
            {
                applenth=USART_RX_CNT;
                oldcount=0;
                USART_RX_CNT=0;
                printf("用户程序接收完成!\r\n");
                printf("代码长度:%dBytes\r\n",applenth);
            }else oldcount=USART_RX_CNT;            
        }
        t++;
        delay_ms(10);
        if(t==30)
        {
            LED0=!LED0;
            t=0;
            if(clearflag)
            {
                clearflag--;
                if(clearflag==0)LCD_Fill(60,210,240,210+16,WHITE);//清除显示
            }
        }        
        key=KEY_Scan(0);
        if(key==KEY_UP)
        {
            if(applenth)
            {
                printf("开始更新固件...\r\n");    
                LCD_ShowString(60,210,200,16,16,"Copying APP2FLASH...");
                if(((*(vu32*)(0X20001000+4))&0xFF000000)==0x08000000)//判断是否为0X08XXXXXX.
                {    
                    iap_write_appbin(FLASH_APP1_ADDR,USART_RX_BUF,applenth);//更新FLASH代码   
                    delay_ms(100);
                    LCD_ShowString(60,210,200,16,16,"Copy APP Successed!!");
                    printf("固件更新完成!\r\n");  
                }else 
                {
                    LCD_ShowString(60,210,200,16,16,"Illegal FLASH APP!  ");       
                    printf("非FLASH应用程序!\r\n");
                }
            }else 
            {
                printf("没有可以更新的固件!\r\n");
                LCD_ShowString(60,210,200,16,16,"No APP!");
            }
            clearflag=7;//标志更新了显示,并且设置7*300ms后清除显示                                   
        }
        if(key==KEY_DOWN)
        {
            if(applenth)
            {                                                                    
                printf("固件清除完成!\r\n");    
                LCD_ShowString(60,210,200,16,16,"APP Erase Successed!");
                applenth=0;
            }else 
            {
                printf("没有可以清除的固件!\r\n");
                LCD_ShowString(60,210,200,16,16,"No APP!");
            }
            clearflag=7;//标志更新了显示,并且设置7*300ms后清除显示                                   
        }
        if(key==KEY_LEFT)
        {
            printf("开始执行FLASH用户代码!!\r\n");
            if(((*(vu32*)(FLASH_APP1_ADDR+4))&0xFF000000)==0x08000000)//判断是否为0X08XXXXXX.
            {    
                iap_load_app(FLASH_APP1_ADDR);//执行FLASH APP代码
            }else 
            {
                printf("非FLASH应用程序,无法执行!\r\n");
                LCD_ShowString(60,210,200,16,16,"Illegal FLASH APP!");     
            }                                    
            clearflag=7;//标志更新了显示,并且设置7*300ms后清除显示    
        }
        if(key==KEY_RIGHT)
        {
            printf("开始执行SRAM用户代码!!\r\n");
            if(((*(vu32*)(0X20001000+4))&0xFF000000)==0x20000000)//判断是否为0X20XXXXXX.
            {    
                iap_load_app(0X20001000);//SRAM地址
            }else 
            {
                printf("非SRAM应用程序,无法执行!\r\n");
                LCD_ShowString(60,210,200,16,16,"Illegal SRAM APP!");      
            }                                    
            clearflag=7;//标志更新了显示,并且设置7*300ms后清除显示   
        }                  

    }          
}

我直接在这个例程上面将代码修改成我需要的Bootloader程序。
1、首先是去掉了程序中所有关于LCD屏幕的操作，将串口改成我需要的串口，同样也是利用按键来触发更新程序的代码。
2、然后再新建了一个stm32F103的工程，写了一个简单的流水灯程序，作为APP应用程序。

2、对flash进行擦除和重写

在原子的例程中就包含了对Flash的擦除和重写，在操作Flash之前一定要记得先释放Flash的操作权限，即解锁。通过阅读原子例程的代码可以清晰的知道，他实现的对Flash的操作主要是调用了stm32固件库中的stm32f10x_flash.c中的三个库函数：

void FLASH_Unlock(void);

FLASH_Status FLASH_ErasePage(uint32_t Page_Address)；

FLASH_Status FLASH_ProgramHalfWord(uint32_t Address, uint16_t Data)

所以我们要对Flash进行操作，直接查看 stm32f10x_flash.c中的函数，选择合适的函数进行调用即可。

3、设置APP应用程序的中断向量表偏移

在推荐的博文中把APP应用程序的中断向量表需要设置偏移的原因已经讲的很清楚了，这里就不再赘述了。
首先我将Flash分成了两个部分，从Flash起始地址0x8000000到0x8005000的20KB大小作为Bootloader区域；从0x8005000以后作为APP应用程序区域。
所以我们这里需要设置一下之前写好的APP应用程序的中断向量表。

注意：Bootloader程序的中断向量表不需要做任何设置，只需要对APP应用程序的STM32工程进行设置。

设置中断向量表偏移可以直接修改库文件中对中断向量表的操作，但是一般情况下我们不要随意修改库文件，所以我们只需要在APP应用程序的代码中的主函数开头添加一句话即可：

SCB->VTOR = FLASH_BASE | 0x5000;

因为我定义的APP用户程序开始地址是0x8005000，所以中断向量表偏移0x5000就可以了。

4、改变APP用户程序的代码存放地址空间

在Keil编译环境下改变代码存放的地址空间操作如下图：
Keil配置起始地址

在IAR环境下则是修改stm32f10x_flash.icf文件中的参数。一般该文件在工程的目录文件夹下，不在IAR的工程显示目录下。将该文件拖到IAR中修改两个参数即可，如下图。
IAR配置起始地址

5、在BootLoader程序中将PC指针跳转到用户代码处，如下操作即可：

typedef        void (*pFunction)(void);     
pFunction       Jump_To_Application;
uint32_t       JumpAddress;
#define       ApplicationAddress       0x08005000

//检测栈顶的地址，判断用户代码的堆栈地址是否落在0x2000000~0x2001ffff区间
if (((*(__IO uint32_t*)ApplicationAddress) & 0x2FFE0000 ) == 0x20000000)
{
    /* 锁定 Flash */
    FLASH_Lock(); 

    /* 跳转至用户程序 */  //ApplicationAddress + 4  对应的是app中断向量表的第二项，复位地址
    JumpAddress = *(__IO uint32_t*) (ApplicationAddress + 4);

    Jump_To_Application = (pFunction) JumpAddress;  //把地址强转为函数指针

    //设置主函数栈指针   将用户代码的栈顶地址设为栈顶指针
    __set_MSP(*(__IO uint32_t*) ApplicationAddress);

    //调用函数，实际失去app复位地址去执行复位操作---设置程序指针为复位地址
    Jump_To_Application();
}

原子例程中关于代码跳转的部分原理跟这个也差不多，就是封装成了自己的函数，看着要复杂一些。

6、通过串口接收文件

这里我们需要通过串口接收更新代码的文件，然后将文件内容写入指定的Flash地址中，那么这里接收的数据最好是可以直接写入Flash中去的。
而我们常用的烧写代码的文件有.hex文件和.bin文件，hex文件中不仅包含了代码数据，还包含了代码的位置信息，所以若是我们采用hex文件则需要对接收到的数据进行处理，去掉里面的位置信息，然后再写于相应的地址空间里，这样操作就显得麻烦了许多。而bin文件里的数据全部都是代码数据，也就是我们可以直接读取bin文件中的数据然后直接写入Flash中。
所以，这里我选择的是使用bin文件，即将APP用户程序的可执行文件转换成bin文件之后，再运行bootloader程序，通过按键触发更新操作，然后通过串口工具发送文件给串口，串口接收到该文件之后将其写入指定的Flash地址中，然后再跳转到该起始地址开始运行程序，即通过串口实现了流水灯程序的写入。
如此，现在想要更新该程序，比如想把流水灯效果改为呼吸灯，那么我们只需要先编写好呼吸灯的程序并生成bin文件，然后通过串口上传该文件即可更新程序，达到不用通过烧写器烧写程序即可改变运行的程序。
Keil环境下直接通过配置即可生成bin文件，首先我们得先找到Keil安装目录下自带的fromelf.exe所在的目录，然后将生成的.axf文件转换为bin文件即可。具体配置如下图：

F:\Keil_v5\ARM\ARMCC\bin\fromelf.exe –bin -o ..\OBJ\firstApp.bin ..\OBJ\测试.axf

keil生成Bin文件

参考链接

http://www.51hei.com/stm32/4315.html
http://www.stmcu.org/module/forum/thread-606717-1-1.html