【STM32H7教程】第68章 STM32H7的系統bootloader之USB DFU方式固件升級

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第68章 STM32H7的系統bootloader之USB DFU方式固件升級

本章節為大家講解使用系統bootloader做程序升級的方法，即使不依賴外部boot引腳也可以方便升級。

DFU的全稱是Device Firmware Upgrade,即設備固件升級

68.1 初學者重要提示

68.2 跳轉到系統bootloader的程序設計

68.3 STM32CubeProg的安裝說明

68.3 STM32CubeProg的程序下載說明

68.4 USB DFU方式系統bootloader驅動移植和使用

68.6 實驗例程設計框架

68.7 實驗例程說明（MDK）

68.8 實驗例程說明（IAR）

68.9 總結

68.1 初學者重要提示

學習本章節前，務必優先學習第67章。
特別注意STM32H7的系統bootLoader地址並不是0x1FFF 0000。
本章用到的相關軟件和文檔下載：http://www.armbbs.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=96573 。
軟件STM32CubeProg和DfuSe都支持USB DFU，但是兩個軟件不能都安裝使用，因為這兩個軟件的USB驅動不同，導致工作在系統bootloader模式的板子通過USB線接到電腦端時，只有一個軟件的驅動被識別。
DfuSe是老版的USB DFU軟件，不推薦大家使用了。建議使用STM32CubeProg，此軟件實現了之前的DfuSe，STLINK小軟件和Flashloader三合一，並且支持外部EEPROM，NOR Flash，SPI Flash，NAND Flash等燒寫，也支持OTA編程。
本章節的USB DFU的下載軟件采用STM32CubeProg，如果想使用DfuSe的話，此貼有詳細說明：http://www.armbbs.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=11185 。
當芯片工作在系統bootLoader的USB DFU模式，更新完畢程序后，不會自動退出USB DFU，需要重新復位芯片后才會退出。由於DFU模式會用到USB線，插拔USB線是難以避免的，所以是否支持自動退出，並不影響。

68.2 跳轉到系統bootLoader的程序設計

程序設計如下，基本是按照第67章3.2小節的方法進行設計

1.    /*
2.    ******************************************************************************************************
3.    *    函 數 名: JumpToBootloader
4.    *    功能說明: 跳轉到系統BootLoader
5.    *    形    參: 無
6.    *    返 回 值: 無
7.    ******************************************************************************************************
8.    */
9.    static void JumpToBootloader(void)
10.    {
11.        uint32_t i=0;
12.        void (*SysMemBootJump)(void);        /* 聲明一個函數指針 */
13.        __IO uint32_t BootAddr = 0x1FF09800; /* STM32H7的系統BootLoader地址 */
14.    
15.        /* 關閉全局中斷 */
16.        DISABLE_INT(); 
17.    
18.        /* 關閉滴答定時器，復位到默認值 */
19.        SysTick->CTRL = 0;
20.        SysTick->LOAD = 0;
21.        SysTick->VAL = 0;
22.    
23.        /* 設置所有時鍾到默認狀態，使用HSI時鍾 */
24.        HAL_RCC_DeInit();
25.    
26.        /* 關閉所有中斷，清除所有中斷掛起標志 */
27.        for (i = 0; i < 8; i++)
28.        {
29.            NVIC->ICER[i]=0xFFFFFFFF;
30.            NVIC->ICPR[i]=0xFFFFFFFF;
31.        }    
32.    
33.        /* 使能全局中斷 */
34.        ENABLE_INT();
35.    
36.        /* 跳轉到系統BootLoader，首地址是MSP，地址+4是復位中斷服務程序地址 */
37.        SysMemBootJump = (void (*)(void)) (*((uint32_t *) (BootAddr + 4)));
38.    
39.        /* 設置主堆棧指針 */
40.        __set_MSP(*(uint32_t *)BootAddr);
41.        
42.        /* 在RTOS工程，這條語句很重要，設置為特權級模式，使用MSP指針 */
43.        __set_CONTROL(0);
44.    
45.        /* 跳轉到系統BootLoader */
46.        SysMemBootJump(); 
47.    
48.        /* 跳轉成功的話，不會執行到這里，用戶可以在這里添加代碼 */
49.        while (1)
50.        {
51.    
52.        }
53.    }

這里把程序設計中的幾個關鍵地方做個說明：

第12行，聲明一個函數指針。
第13行，這個要特別注意，H7的系統Bootloader地址在0x1FF09800。
第19到21行，設置滴答定時器到復位值。
第24行，此函數比較省事，可以方便的設置H7所有時鍾到復位值，內部時鍾使用HSI。
第27到31行，清除所有中斷掛起標志並關閉中斷，這里是直接通過一個for循環設置了NVIC所有配置位，共8組。

第37行，將系統bootLoader的中斷復位服務程序的入口地址賦給第12行聲明的函數，用戶執行這個函數時，就會直接跳轉過去。
第40行，設置主堆棧指針位置，即系統bootloader的首地址存儲的就是棧地址。
第43行，這個設置在RTOS應用程序中比較重要，因為基於Cortex-M內核的RTOS任務堆棧基本都是使用線程堆棧指針PSP。但系統bootLoader使用的是主堆棧指針MSP，所以務必要設置下，同時讓M內核工作於特權級。此寄存器的作用如下：

第46行，跳轉到系統bootLoader。

68.3 STM32CubeProg的安裝說明

STM32CubeProg的安裝比較簡單，如果大家的電腦中缺少JAVA環境，會提示安裝，按照提示操作即可。

這里特別注意USB DFU驅動的安裝，如果大家的電腦上安裝了DfuSe軟件，那邊板子工作在系統bootLoader模式時，電腦端的設備管理器識別出來的標識是這樣的：

如果用STM32CubeProg的話，務必要將此驅動刪掉，鼠標右擊此標識，選擇卸載，彈出如下對話框：

卸載完畢后，重啟電腦，然后運行STM32CubeProg安裝目錄里面的STM32Bootloader.bat即可，最后插上設備就可以正常識別了。識別后的標識：

68.4 STM32CubeProg的程序下載說明

這里把兩種下載方式都做個說明，一種是設置外部boot引腳進行下載，另一種是設置程序跳轉到系統bootloader進行下載。

68.4.1 設置boot引腳跳轉到系統bootLoader

第1步：此接口插上USB線：

第2步：板子上電前按住右下角的BOOT引腳。

第3步：板子上電3秒左右，松手。

在電腦端設備管理器就可以看到已經識別出來：

68.4.2 應用程序跳轉到系統bootloader

應用程序跳轉到系統bootLoader比較方便，無需用戶操作外置的boot引腳了，只需調用本章第2小節的程序就可以跳轉。本章配套的例子是用戶按下按鍵K1后執行跳轉程序，大家可以根據需要實現各種觸發跳轉的方式。跳轉成功后，在電腦端設備管理器里面也會看到bootloader標識：

68.4.3 STM32CubeProg下載程序設置

識別成功后就可以下載程序了。

第1步，選擇USB方式，點擊Connect按鈕。

識別成功后的效果如下：

這里要特別注意一點，如果用戶沒有關閉這個軟件，多次插拔USB線時，記得點擊這里的刷新按鈕，因為有時候這個軟件不會自動顯示出來，點擊刷新按鈕才行。

第2步，添加要下載的hex文件，勾選需要設置的選項，點擊啟動編程。

Start address選項不填的話，默認會下載到內部Flash的首地址，保險起見，大家也可以填上首地址0x0800 0000，或者其它要下載的地址。
Run after programming選項勾選或者不勾選均可，因為測試發現STM32CubeProg不支持USB DFU編程后運行。這樣特別說一點，如果勾上此選項后，下載完畢程序后，會自動斷開連接，並彈出一些列窗口，最終彈出下面這個窗口：

彈出這個窗口並不是表示下載失敗了，而是下載完成后退出了系統bootloader。

第3步，完成下載后的效果如下：

下載完成后板子重新上電就可以看到程序已經成功下載了。

68.5 USB DFU方式系統Bootloader驅動移植和使用

系統bootloader的移植比較簡單，僅需添加本章第2小節的程序到自己工程里面即可。里面有個開關中斷API，是在bsp.h文件里面定義的：

/* 開關全局中斷的宏 */
#define ENABLE_INT()    __set_PRIMASK(0)    /* 使能全局中斷 */
#define DISABLE_INT()    __set_PRIMASK(1)    /* 禁止全局中斷 */

68.6 實驗例程設計框架

通過程序設計框架，讓大家先對配套例程有一個全面的認識，然后再理解細節，本次實驗例程的設計框架如下：

第1階段，上電啟動階段：

這部分在第14章進行了詳細說明。

第2階段，進入main函數：

第1部分，硬件初始化，主要是MPU，Cache，HAL庫，系統時鍾，滴答定時器和LED。
第2部分，應用程序設計部分，K1按鍵按下后跳轉到系統bootloader。。

68.7 實驗例程說明（MDK）

配套例子：

V7-047_基於系統bootloader的USB接口方式IAP升級（USB DFU）

實驗目的：

學習基於系統bootloader的USB接口方式IAP升級。

實驗內容：

STM32的系統存儲區自帶bootLoader，可以方便的實現串口，I2C，CAN，SPI，USB等接口方式的程序升級。
如果使用系統bootLoader支持的接口升級方式，基本就不需要用戶自己做bootLoader了。
除了通過boot引腳控制啟動地址，也可以直接從應用程序里面跳轉到系統存儲區。

實驗操作：

K1鍵按下，跳轉到系統bootLoader。

上電后串口打印的信息：

波特率 115200，數據位 8，奇偶校驗位無，停止位 1。

程序設計：

系統棧大小分配：

RAM空間用的DTCM：

硬件外設初始化

硬件外設的初始化是在 bsp.c 文件實現：

/*
*********************************************************************************************************
*    函 數 名: bsp_Init
*    功能說明: 初始化所有的硬件設備。該函數配置CPU寄存器和外設的寄存器並初始化一些全局變量。只需要調用一次
*    形    參：無
*    返 回 值: 無
*********************************************************************************************************
*/
void bsp_Init(void)
{
    /* 配置MPU */
    MPU_Config();
    
    /* 使能L1 Cache */
    CPU_CACHE_Enable();

    /* 
       STM32H7xx HAL 庫初始化，此時系統用的還是H7自帶的64MHz，HSI時鍾:
       - 調用函數HAL_InitTick，初始化滴答時鍾中斷1ms。
       - 設置NVIV優先級分組為4。
     */
    HAL_Init();

    /* 
       配置系統時鍾到400MHz
       - 切換使用HSE。
       - 此函數會更新全局變量SystemCoreClock，並重新配置HAL_InitTick。
    */
    SystemClock_Config();

    /* 
       Event Recorder：
       - 可用於代碼執行時間測量，MDK5.25及其以上版本才支持，IAR不支持。
       - 默認不開啟，如果要使能此選項，務必看V7開發板用戶手冊第xx章
    */    
#if Enable_EventRecorder == 1  
    /* 初始化EventRecorder並開啟 */
    EventRecorderInitialize(EventRecordAll, 1U);
    EventRecorderStart();
#endif
    
bsp_InitDWT();      /* 初始化DWT時鍾周期計數器 */       
    bsp_InitKey();        /* 按鍵初始化，要放在滴答定時器之前，因為按鈕檢測是通過滴答定時器掃描 */
    bsp_InitTimer();      /* 初始化滴答定時器 */
    bsp_InitUart();    /* 初始化串口 */
    bsp_InitExtIO();    /* 初始化FMC總線74HC574擴展IO. 必須在 bsp_InitLed()前執行 */    
    bsp_InitLed();        /* 初始化LED */    
    bsp_InitExtSDRAM(); /* 初始化SDRAM */
}

MPU配置和Cache配置：

數據Cache和指令Cache都開啟。配置了AXI SRAM區（本例子未用到AXI SRAM）和FMC的擴展IO區。

/*
*********************************************************************************************************
*    函 數 名: MPU_Config
*    功能說明: 配置MPU
*    形    參: 無
*    返 回 值: 無
*********************************************************************************************************
*/
static void MPU_Config( void )
{
    MPU_Region_InitTypeDef MPU_InitStruct;

    /* 禁止 MPU */
    HAL_MPU_Disable();

    /* 配置AXI SRAM的MPU屬性為Write back, Read allocate，Write allocate */
    MPU_InitStruct.Enable           = MPU_REGION_ENABLE;
    MPU_InitStruct.BaseAddress      = 0x24000000;
    MPU_InitStruct.Size             = MPU_REGION_SIZE_512KB;
    MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS;
    MPU_InitStruct.IsBufferable     = MPU_ACCESS_BUFFERABLE;
    MPU_InitStruct.IsCacheable      = MPU_ACCESS_CACHEABLE;
    MPU_InitStruct.IsShareable      = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE;
    MPU_InitStruct.Number           = MPU_REGION_NUMBER0;
    MPU_InitStruct.TypeExtField     = MPU_TEX_LEVEL1;
    MPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0x00;
    MPU_InitStruct.DisableExec      = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE;

    HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);
    
    
    /* 配置FMC擴展IO的MPU屬性為Device或者Strongly Ordered */
    MPU_InitStruct.Enable           = MPU_REGION_ENABLE;
    MPU_InitStruct.BaseAddress      = 0x60000000;
    MPU_InitStruct.Size             = ARM_MPU_REGION_SIZE_64KB;    
    MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS;
    MPU_InitStruct.IsBufferable     = MPU_ACCESS_BUFFERABLE;
    MPU_InitStruct.IsCacheable      = MPU_ACCESS_NOT_CACHEABLE;    
    MPU_InitStruct.IsShareable      = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE;
    MPU_InitStruct.Number           = MPU_REGION_NUMBER1;
    MPU_InitStruct.TypeExtField     = MPU_TEX_LEVEL0;
    MPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0x00;
    MPU_InitStruct.DisableExec      = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE;
    
    HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);

    /*使能 MPU */
    HAL_MPU_Enable(MPU_PRIVILEGED_DEFAULT);
}

/*
*********************************************************************************************************
*    函 數 名: CPU_CACHE_Enable
*    功能說明: 使能L1 Cache
*    形    參: 無
*    返 回 值: 無
*********************************************************************************************************
*/
static void CPU_CACHE_Enable(void)
{
    /* 使能 I-Cache */
    SCB_EnableICache();

    /* 使能 D-Cache */
    SCB_EnableDCache();
}

每10ms調用一次蜂鳴器處理：

蜂鳴器處理是在滴答定時器中斷里面實現，每10ms執行一次檢測。

/*
*********************************************************************************************************
*    函 數 名: bsp_RunPer10ms
*    功能說明: 該函數每隔10ms被Systick中斷調用1次。詳見 bsp_timer.c的定時中斷服務程序。一些處理時間要求
*              不嚴格的任務可以放在此函數。比如：按鍵掃描、蜂鳴器鳴叫控制等。
*    形    參: 無
*    返 回 值: 無
*********************************************************************************************************
*/
void bsp_RunPer10ms(void)
{
    bsp_KeyScan10ms();
}

主功能：

主程序實現如下操作：

啟動一個自動重裝軟件定時器，每100ms翻轉一次LED2。
K1鍵按下，跳轉到系統BootLoader。

/*
*********************************************************************************************************
*    函 數 名: main
*    功能說明: c程序入口
*    形    參: 無
*    返 回 值: 錯誤代碼(無需處理)
*********************************************************************************************************
*/
int main(void)
{
    uint8_t ucKeyCode;    /* 按鍵代碼 */

    
    bsp_Init();        /* 硬件初始化 */
    PrintfLogo();    /* 打印例程名稱和版本等信息 */
    PrintfHelp();    /* 打印操作提示 */
    
    bsp_StartAutoTimer(0, 100);    /* 啟動1個100ms的自動重裝的定時器 */
    
    while (1)
    {
        bsp_Idle();        /* 這個函數在bsp.c文件。用戶可以修改這個函數實現CPU休眠和喂狗 */

        /* 判斷定時器超時時間 */
        if (bsp_CheckTimer(0))    
        {
            /* 每隔100ms 進來一次 */  
            bsp_LedToggle(2);
        }

        /* 按鍵濾波和檢測由后台systick中斷服務程序實現，我們只需要調用bsp_GetKey讀取鍵值即可。 */
        ucKeyCode = bsp_GetKey();    /* 讀取鍵值, 無鍵按下時返回 KEY_NONE = 0 */
        if (ucKeyCode != KEY_NONE)
        {
            switch (ucKeyCode)
            {
                case KEY_DOWN_K1:            /* K1鍵按下，K1鍵按下，跳轉到系統BootLoader */
                    JumpToBootloader();
                    break;
                    
                default:
                    /* 其它的鍵值不處理 */
                    break;
            }
        }
    }
}