基于stm32f407的Bootloader/IAP简单测试

这两天忙里偷闲，自己编程打通了Bootloader/IAP的通道。仅仅是打通了一个通道，能实现上电进入bootloader，通过串口下载APP程序的功能。还有很多细枝末节的东西没有完善，但最主要的通道打开了，以后的升级完善就全看个人发挥啦。
先大致概括一下Bootloader和APP的程序功能
1.BootLoader： 开机后倒计时十秒，若无数据从串口导入，则跳入APP程序，若有数据传入，则将传入数据烧到APP起始地址，然后跳入APP运行（具体怎么跳可以参考我的另一篇文章https://blog.csdn.net/spiremoon/article/details/89460441）；主要包括定时器中断、串口收发、Flash等操作，不算复杂。
2.APP： APP程序就我之前瞎编的一个小程序，主要用来监测IAP是否成功。
下面详细说一下BootLoader程序

一.主循环

  int count = 0;
  while (1)
  {
		if(Bootloader_Str.Code_size_rev == 0)
		{
			printf("Run APP %d seconds later\n",10-count);
			
			HAL_Delay(1000);
			HAL_GPIO_TogglePin(GPIOA,GPIO_PIN_7);
			count++;
			if(count >= 10)
				jump2app(0x8008000);
		}
		
		if(Global_Flag.Rev_Completed)
		{
			Function_IAP();
			Global_Flag.Rev_Completed = 0;
			jump2app(0x8008000);
		}
		

  }

其中两个if语句中的判断条件来源于两个结构体，定义如下

struct BOOTLOADER_STR{
	volatile uint32_t Code_size_rev;
	volatile uint32_t Code_size_rev_befor;
	uint8_t CODE_CACHE[CODE_MAX_SIZE];
};

struct GLOBAL_FLAG{
	uint8_t Rev_Completed;
};

其中BOOTLOADER_STR中包含了串口接收size和上一次定时器检查接收长度时检测到的size_rev_before，还有串口数据接收缓存区CODE_CACHE[CODE_MAX_SIZE]；
何为定时器检查接收长度呢？就是开启一个定时器中断，每次中断服务时检查Code_size_rev和Code_size_rev_befor是否相等，若相等则认为接收完了，则将GLOBAL_FLAG结构体中的 Rev_Completed位置1，在主循环里进行代码烧录的工作。大致意思就是，我设置定时器中断间隔为x毫秒，若x毫秒内接收到的数据size没变，那么我就认为完成了这一次的接收。这个方法比较粗暴且实用，但难免在有些情况下不太稳定，主要是我偷懒，否则完全可以写一个上位机，制定一套协议，从而使得数据传输更加稳定。
继续讲主循环，工作很简单，就是每隔1秒改变一下led灯的亮灭，同时打印一句“程序将在x秒后启动”，然后就是判断Rev_Completed标志位，若Rev_Completed为1，则表示数据接收完毕，接下来去进行烧录工作；再就是10秒之后未收到数据，则跳入APP运行。和有些电脑开机时的倒计时有点像，其实电脑的倒计时也算是个BootLoader。
再简单讲一下串口接收，就是在串口接收中断中，每来一字节数据，我就将它放入CODE_CACHE缓存区中，并且让Code_size_rev加一，有点像栈的数据结构。当定时器检测到规定时间内Code_size_rev不变了，则进入烧录程序。

二.烧录程序

其实解决了数据接收并保存到缓存区的问题，剩下的烧录程序就是简单的Flash操作了。可以看到主循环中检测到Global_Flag.Rev_Completed标志位置1时，会如下运行

if(Global_Flag.Rev_Completed)
		{
			Function_IAP();
			Global_Flag.Rev_Completed = 0;
			jump2app(0x8008000);
		}

其中Function_IAP()就是烧录程序的过程，这个函数运行完后就清除标志位，并跳转，看一下Function_IAP()代码

void Function_IAP()
{
	TIM3->CR1 &= ~(0x01);
	HAL_TIM_Base_Stop_IT(&htim3);
	printf("Get BIN -> Recevie Size = %d ->\n",Bootloader_Str.Code_size_rev);
	
    Flash_Erase();
    Flash_Program();		
								
	BOOTLOADER_STR_CLEAR();

	printf("Jump to APP ->\n");
}

首先禁用定时器和定时器中断，防止烧录过程中再次进入Function_IAP()；然后打印接收的数据长度，以作为参考看看收没收对，当然，我也是为了偷懒，并没有加入数据收发校验。之后便开始Flash擦除和烧录过程，代码如下

void Flash_Erase(void)
{
	uint32_t sector_error;
	
	FLASH_EraseInitTypeDef Flash_erase;
	Flash_erase.TypeErase = FLASH_TYPEERASE_SECTORS;
	Flash_erase.Sector = FLASH_SECTOR_2;
	Flash_erase.NbSectors = 1;
	Flash_erase.VoltageRange = FLASH_VOLTAGE_RANGE_3;
	
	printf("Erasing. . . . . .\n");		
	
	HAL_FLASH_Unlock();
	HAL_FLASHEx_Erase(&Flash_erase,NULL);
	HAL_FLASH_Lock();
}

void Flash_Program(void)
{
	uint32_t addr_base = 0x8008000;
	HAL_Delay(1);
	printf("Programing. . . . . .\n");		
	
	HAL_FLASH_Unlock();
	for(int i =0;i<Bootloader_Str.Code_size_rev;i++)
		HAL_FLASH_Program(FLASH_TYPEPROGRAM_BYTE,addr_base+i,Bootloader_Str.CODE_CACHE[i]);
	HAL_FLASH_Lock();
}

因为擦写时，我知道我程序将要烧到0x8008000地址，并且也知道程序只有11k左右，所以才直接将指定的sector擦除。真正应用时应该结合stm32f407参考手册，看看Flash的sector分布，结合接收数据大小进而有选择性的擦除一个或多个扇区。
烧写过程就是逐地址编程，这个没有啥好说的，就从起始地址开始一个个字节的烧就好了。之前在操作w25q系列Flash时，烧录过程的地址是自动增加的，这样就可以直接传一个首地址，再传一个烧录数据数组就好了，stm32估计也有这个功能，大概是我没深入研究过。不过这样在一个for循环里烧录一字节的方法也并不复杂。
等烧好程序号会有一个BOOTLOADER_STR_CLEAR()，就是将BOOTLOADER_STR结构体用一个memset清零。再之后，当然是调到APP程序中去啦。

三.实验测试

开机后再倒计时如下
在这里插入图片描述
在倒计时结束时将准备好的bin文件发送出去（如何从keil获得bin文件，请参考https://blog.csdn.net/nx505j/article/details/80924902），现象如下图

实验结果完全和预期一样，我下载的程序就是开始打印一句"This means START",然后循环打印"In while"。再次重启后，10秒之内不发程序，运行现象如下，和预期一样。实验成功在这里插入图片描述

四.总结

整个实验过程仅仅是通过自己编程打通了BootLoader/IAP的一个通道。作为一个成熟的BootLoader/IAP，我认为还需要有以下升级优化的必要
1.在stm32 Flash中找个地址，作为更新标志位，每次启动时Bootloader若监测到需要更新，则进入等待接收数据并更新的程序；从而不用每次启动都要傻傻等个几秒；或者可以通过监测GPIO高低电平的方法，如需要更新时将某个Pin接地，Bootloader监测到Pin为低，则进入程序，显然，这种方法不适用于批量升级。
2.在APP程序中可以设置一个接收中断，当收到某个命令时，进入BootLoader；
3.向BootLoader传输数据时增加一个协议，定义头帧、长度、功能码、CRC校验等协议，从而保证数据传输的可靠性。但这样需要自己按协议写一个上位机，有时间的同学可以试试，我是懒得弄。。；
4.IAP方式不仅限于串口发送，可以是外部SD卡升级、USB升级、CAN升级、SPI升级…………………………茫茫多方法，总有一款适合你。