STM32F103 串口-IAP程序升級

STM32F103 串口-IAP程序升級

    通常情況下我們給STM32系列的單片機燒錄程序文件的時候，使用SWD、J-link或者通過設置BOOT引腳后，使用串口進行程序下載，這樣的方式直接一次性將程序文件下載到單片機的flash中，比較適合絕大部分的應用。但是有些應用中產品裝配完成后，下載口不便引出的情況下，或者是某些設備需要具有遠程更新程序情況下，使用串口IAP的方式將會更加便捷。

 

    一般我們常見的51單片機內部的flash空間，只能使用下載器進行燒錄程序。芯片自身無法擦寫內部flash空間。這樣的情況下，如果我們后期需要升級芯片中的程序時，只能到現場使用下載器重新燒錄程序，這樣比較繁瑣。但是STM32單片機內部的flash可以在程序中讓單片機自身去擦寫編程，同時官方也提供了相應的操作函數固件庫。這樣就可以實現單片機程序的遠程升級，通過芯片外設的某種通信接口（一般常用串口），將程序文件發送給芯片，讓芯片自身把程序文件寫入內部flash，實現程序的遠程升級操作。如果要實現讓單片機自身去升級程序，就必須要將內部flash空間進行划分，分不同的區域寫入不同工程的程序代碼，才能實現該功能。

 

    一般情況下，我們將單片機的內部flash空間划分為兩大區域，為了方便理解，我們叫做bootloader區域和app區域（這里的bootloader和app為自定義名稱，也可叫做其他名稱）。分為兩大區域的原因是，我們要給一塊芯片（單片機）寫入兩個不同的工程文件，這個兩個工程分別是“程序升級工程（bootloader）”和“應用程序工程（app）”。兩個工程的區別是：

 

    “程序升級工程”存放在flash的bootloader區域。它的作用：接收新版本的程序文件，將收到的文件寫入內部flash的app區域中。這個工程的任務比較單一，所以它只占用較小的一部分flash空間”。

 

    “應用程序工程”存放在flash的app區域。它的作用：執行真正的功能操作。如數據采集、執行一些運算等操作。也是單片機實際發揮作用的程序。升級程序的方式是，可以靈活應用，主要看開發人員的編程思路，在這里我們使用上電檢測的方式進行程序的更新。

 

    單片機上電后，首先在bootloader區域運行程序升級函數，檢測是否有新版本的程序需要升級，如果需要升級時，就將接收的新版本程序數據寫入app區域，之后跳轉到app區域去運行正在的應用程序函數。如果不需要升級程序時，就直接跳轉到app區域去執行程序。流程如下：

 

       

    串口IAP程序的操作方式是，分時切換flash區域進行執行不同功能的函數，而不是兩個區域中的程序都在運行。任何時候，單片機都不能同時執行兩個工程代碼，我們將flash空間划分如下（以STM32F103CB為例）flash的總大小是128Kb，划分bootloader區域大小為8Kb，app區域為120Kb。示意圖和相關地址如下：

 

    如果想要將程序按照如上圖所示的flash空間存放的話，就必須對編譯環境進行一些設置，才能到達我們的目的，不再使用默認的編譯設置。bootloader工程設置在編程軟件keil5中設置如下：

app工程設置在編程軟件keil5中設置如下：

   

 

在app工程的程序代碼中除了設置工程代碼的編譯地址之外，還要將中斷向量表偏移寄存器的值進行相對應的設置。設置中斷向量表偏移寄存器的方法有兩種：

    ①→可以在app應用程序的主程序while循環之前設置，設置格式為：
        CB->VTOR = FLASH_BASE | 0x2000;

    ②→還可以在官方的固件庫設置，在固件庫system_stm32f10x.c文件中，第267行使用了如下的設置：

 

而上述表達式中的“VECT_TAB_OFFSET”在該固件庫文件的第128行進行了聲明和初值定義：

   可以看出，默認情況下，“VECT_TAB_OFFSET”的值等於0。也就是不進行偏移，我們在進行IAP編程的時候，可以將此處的初值改為對應的偏移量即可。通常我們不對官方固件庫進行更改，所以常用第一種方式進行設置中斷偏移量。在這里要注意的是，偏移量不能隨意任意設置，由於ARM Cortex®-M3內核規定，中斷向量表必須對齊原則。因此中斷偏移量的值必須是0x200的倍數。

 

IAP代碼中關於跳轉部分的詳解：

    在編程中我們要清楚的知道，單片機任何時候只能運行一個代碼工程，並不是兩個區域的代碼都在運行。所以就必須使單片機要在兩個區域（bootloader區域和app區域）或者是兩個工程代碼之間進行跳轉。跳轉之前除了要將app工程代碼中的中斷偏移量進行相對應的設置外，還要在單片機跳轉時，設置app區域代碼的主堆棧棧頂地址。通過官方手冊就可以知道，STM32默認啟動地址是0x08000000，而這個首地址中保存的就是堆棧的棧頂地址，這個地址是在代碼編譯后，有編譯器自動產生。同時根據相關手冊可以看到STM32的程序存放規則和編譯后的可執行文件的規則是，編譯后的可執行文件中第一個字就是被下載到STM32內部flash中的第一個存儲單元中，而這個就是我們需要的堆棧棧頂地址。

 

    重新設置STM32的堆棧棧頂地址是屬於內核級別的操作，因此C語言無法進行內核操作，只能借助嵌入匯編的形式進行操作，一般是使用MSR指令進行操作的。MSR指令是用於訪問內核中特殊功能寄存器（如堆棧棧頂寄存器）專用匯編指令。其編寫形式一般為如下：

 

完成對工程的設置與程序代碼的編寫之后，我們還需要得到相應工程的BIN格式文件，keil軟件自帶輸出BIN文件的功能，但是一般情況下我們不使用BIN文件，所以程序代碼編譯完畢后，軟件默認是不輸出BIN格式的文件。如想要keil在編譯完成之后，同時輸出BIN文件，則需要進行設置，設置方法是在工程管理的選項卡的User選項中的Run #1處編寫命令“fromelf.exe --bin -o "$[e-mail]" "#L"”即可，如圖：