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第67章 STM32H7的系统bootloader基础知识
本章为大家介绍STM32H7内置的系统bootloader的基础知识。
67.1 初学者重要提示
67.2 系统bootloader基础知识
67.3 进入系统bootloader的方法
67.4 退出系统bootloader的方法
67.5 系统bootloader的擦写管理
67.6 总结
67.1 初学者重要提示
- 本章主要为大家介绍系统bootloader的理论知识，下个章节为大家实战。
- 更多系统bootloader的基础知识看本帖的AN2606应用笔记：http://www.armbbs.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=96573 。
67.2 系统bootLoader基础知识
STM32的系统存储区自带bootloader，此程序是ST在芯片出厂时烧录进去的，主要用于将用户应用程序下载到芯片内部Flash。支持USB，SPI，I2C，CAN，UART等接口方式下载。如果大家的应用程序打算采用这种接口方式进行升级，可以考虑采用系统bootloader，简单易用，无需用户自己写bootLoader了。
更重要的是，使用系统BootLoader可以不依赖硬件boot引脚，可以直接从应用程序跳转到系统BootLoader，这样灵活性就很大了。
67.2.1 系统bootLoader执行流程
下面是STM32H7的BootLoader程序执行流程，简单了解下即可：
关于这个执行流程，要特别注意一点：如果在进入系统BootLoader前就插入了USB线，会导致进入系统BootLoader后优先执行USB DFU，其它的接口方式将没有机会执行。
67.2.2 系统bootLoader使用的引脚
STM32H7的Bootloader使用到的引脚分配如下：
67.3 进入系统bootLoader的方法
STM32进入系统BootLoader主要有两种方法，一种是设置boot引脚，另一种是应用程序直接跳转到系统BootLoader。
67.3.1 设置硬件boot引脚进入系统bootLoader
H7的启动方式比较更灵活，只需一个boot引脚。但是一个引脚只能区分出两个状态，为了解决这个问题，H7专门配套了两个option bytes选项字节配置，如此以来就可以方便设置各种存储器地址了。
BOOT_ADD0和BOOT_ADD1对应32位地址到高16位，这点要特别注意。通过这两个选项字节，所有0x0000 0000到0x3FFF 0000的存储器地址都可以设置，包括：
- 所有Flash地址空间。
- 所有RAM地址空间，ITCM，DTCM和SRAM。
设置了选项字节后，掉电不会丢失，下次上电或者复位后，会根据BOOT引脚状态从BOOT_ADD0，或BOOT_ADD1所设置的地址进行启动。也就是说是，H7可以从0x0000 0000到0x3FFF 0000所有地址进行启动，这点与F4完全不同，F4系列是固定从0x0000 0000启动的。
STM32H7的boot引脚设计：
使用BOOT功能，注意以下几个问题：
- 如果用户不慎，设置的地址范围不在有效的存储器地址，那么BOOT = 0时，会从Flash首地址0x0800 0000启动，BOOT = 1时，会从ITCM首地址0x0000 0000启动。
- 如果用户使能了Flash Level 2保护，那么只能从Flash地址空间进行启动。
67.3.2 用户应用程序跳转到系统bootLoader
除了使用boot引脚控制运行系统BootLoader，也可以上电后跳转，跳转前注意以下问题：
- 禁止所有外设时钟。
- 禁止使用的PLL。
- 禁止所有中断。
- 清除所有中断挂起标志。
- 如果使用Go命令，对于BootLoader中使用的硬件外设寄存器，跳转前是不会设置到复位值的，如果用户代码中恰好也用到这些寄存器，需要重新配置。这里要特别注意的是BootLoader会用到看门狗，并且喂狗时间设为最长了，如果用户代码里面要用到看门狗请根据需要重新配置，并且看门狗一旦开启是无法关闭的。
- 对于具有双bank特性的STM32，为了能够从用户代码跳转到系统boot，需要将系统boot代码区使用寄存器SYSCFG重映射到0x0000 0000（除了F7和H7系列）。对于STM32F7系列，需要禁止nDBOOT / nDBANK 特性，然后跳转到系统boot区。
- 如果用到系统bootloader的DFU/CAN接口，需要用到HSE时钟，这个时钟的频率是通过内部HSI/MSI检测出具体频率。因此，由于外部温度等各种情况，内部HSI的精度会受到影响，从而影响检测出来的HSE时钟有较大误差，最终导致DFU/CAN运行失败。
具体实现会在下一章节为大家讲解。
67.4 退出系统bootLoader的方法
当前主要研究了USB DFU和串口IAP退出bootLoader。
- USB DFU
当芯片工作在系统bootLoader的USB DFU模式，更新完毕程序后，不会自动退出USB DFU，需要重新复位芯片后才会退出。由于DFU模式会用到USB线，插拔USB线是难以避免的，所以是否支持自动退出，并不影响。
- 串口IAP
当芯片工作在系统bootLoader的串口升级模式，更新完毕程序后，可以自动退出。所以基于串口的组网设备，使用系统bootloader非常方便。
67.5 系统bootLoader的擦写管理
注：这部分知识点有个了解即可。
- 使用bootloader命令进行的所有写操作都只能字对齐（地址应该是4的倍数）。要写入的数据数量也必须是4的倍数（接受未对齐的半页写地址）。
- 有些产品不支持批量擦除操作。使用BootLoader进行批量擦除时，有两种方法可用：
- 使用扇区擦除命令一个一个删除。
- 将保护级别设置为1，然后设置为0（使用读保护命令，然后使用读非保护命令），将导致大批量擦除操作。
- STM32 L1和L0系列的Bootloader除了支持操作内部Flash，内部SRAM，可选字节等，还支持操作Data Memeory（数据存储区，貌似是指的EEPROM）。数据存储区支持读写操作，而不支持擦除命令，如果要擦除，写0即可。另外对此存储区的写操作必须是4字节对齐（写地址），并且写入的数据也是4的倍数。
- F2, F4, F7 和 L4除了支持操作内部Flash，内部SRAM，可选字节等，还支持操作OTP存储区。仅支持读写操作，不支持擦除命令。
- F2, F4 和 F7系列的内部Flash写格式依赖于供电电压范围，默认的写操作只支持字节（半字，字和双字是不支持的），为了增加写操作速度，用户施加足够的电压范围以允许写操作按半字，字或双字，并通过虚拟内存位置的boot程序更新此配置。该内存位置不是物理地址，但可以根据协议使用常规的BootLoader读写操作。该存储位置包含4个字节，分别为如下表所述：
67.6 总结
本章节就为大家讲解这么多，更新相关的知识看ST的应用笔记AN2606。