代码收藏家 【STM32】IAP升级01：实现bootloader和APP配置详解
APP程序以及中断向量表的偏移设置
前言
通过之前的了解 之前的了解，我们知道实现IAP升级需要两个条件：
1.APP程序必须在 IAP 程序之后的某个偏移量为 x 的地址开始；
2.APP程序的中断向量表相应的移动，移动的偏移量为 x；
1.APP 程序起始地址设置
默认条件下的起始地址
默认的条件下，图中 IROM1 的起始地址（Start）一般为 0x08000000，大小（Size）为 0x100000，即从 0x08000000 开始的 1024K 空间为我们的程序存储区。
设置APP起始地址
存储在flash上的APP起始地址设置方法
设置起始地址（Start）为 0x08010000，偏移量为 0x10000（64K 字节，即留给 BootLoader 的空间），因而，留给 APP 用的 FLASH 空间（Size）为 0x80000-0x10000=0x70000（448KB）。设置好 Start 和 Size，就完成 APP 程序的起始地址设置。IRAM 是内存的地址，APP 可以独占这些内存，我们不需要修改。
需要确保 APP 起始地址在 Bootloader 程序结束位置之后，并且偏移量为 0x200 的倍数即可
存储在SRAM上的APP起始地址设置方法
将 IROM1 的起始地址（Start）定义为：0x20001000，大小为 0x19000（100K 字节），即从地址 0x20000000 偏移0x1000 开始，存放 SRAM APP 代码。
STM32F407ZGT6 只有一个 128K(不算 CCM)的片内 SRAM，存放程序的位置与变量的加载位置不能重复，所以我们需要设置 IRAM1 中的地址（SRAM）的起始地址变为 0x2001A000，分配大小只有 0x6000(24K 字节)。整个 STM32F407ZGT6 的 SRAM（不含 CCM）分配情况为：最开始的 4K 给 Bootloader 程序使用，随后的 100K 存放 APP 程序，最后 24K，用作 APP 程序的内存。
2. 重新设置中断向量表的地址
SCB->VTOR寄存器存放的是中断向量表的起始地址。默认的情况它由 BOOT 的启动模式决定。重定向这个位置，这样就可以从 Flash 区域的任意位置启动代码。
就是你跳转到app程序后，你后续得跑app的中断向量表。要实现这个就必须在刚进入app的时候重定向中断向量表
/* 设置 NVIC 的向量表偏移寄存器,VTOR 低 9 位保留,即[8:0]保留 */
SCB->VTOR = baseaddr | (offset & (uint32_t)0xFFFFFE00);
baseaddr 为基地址（即 APP 程序首地址），Offset 为偏移量
比如 FLASH APP 设置中断向量表偏移量为 0x10000
SCB->VTOR = FLASH_BASE | ( 0x10000 & (uint32_t)0xFFFFFE00);
SRAM APP 的情况可以参考正点原子探索者开发指南V1.1。
3.设置keil生成bin文件
MDK 默认生成的文件是.hex 文件，并不方便用作 IAP更新，我们希望生成的文件是.bin 文件.
hex和bin文件的区别
简单来说：HEX文档是ascii码的文档。 是不能直接烧到单片机中的。 中间要有转换程序。 但是现在很多编程器都设计成直接可以导入hex文件烧录的，其实这是做了设计的。 bin文件是二进制文件，是可以直接烧到芯片中，中间不用转换的。
设置keil生成bin文件
在 MDK 点击 Options for Target→User 选项卡，在 After Build/Rebuild一栏中，勾选 Run #1，我们推荐使用相对地址，在勾选的同一行后的输入框并写入命令行：fromelf –bin -o …\Output@L.bin …\Output%L
D:\Keil_v5\ARM\ARMCC\bin\fromelf.exe是MDK 自带的格式转换工具 fromelf.exe的路径。
通过这一步设置，我们就可以在 MDK 编译成功之后，调用 fromelf.exe，
..\..\Output\%L 表示当前编译的链接文件（…\是相对路径，表示上级目录，编译器默认从工程文件*.uvprojx 开始查找，根据我的工程文件 Output 的位置就能明白路径的含义）
指令–bin –o …\Output@L.bin表示在 Output 目录下生成一个.bin 文件，
@L 在 Keil 的下表示 Output 选项卡下的 Name of Executable 后面的字符串，即在 Output 文件夹下生成一个 atk_f407.bin 文件。
在得到.bin 文件之后，我们只需要将这个 bin 文件传送给单片机，即可执行 IAP 升级。
Bootloader程序的实现
1、APP文件的编写与通常编写一致，只需要设定好偏移地址
2、新的中断向量表的偏移设置好
这两点在前文已经写过，接下来就是bootloader的实现了。
Bootloader 和 app 属于两个独立的工程，不是一个工程！！！
相关资料：
1.写 STM32 内部 Flash 的功能用到 STM32 的 Flash操作。STM32片上Flash操作
2.设置bootloader的起始地址为复位之后第一个启动的工程。
这个例子中，bootloader从0x800 0000开始，APP从0x800 8000开始，执行完bootloader之后再执行APP。
BootLoader 的编译器设置
App 的编译器设置
1.bootloader程序也是一个app程序
是我们专门用来搬运APP程序的工具，所以也和是和普通程序一样的执行流程。
IAP升级程序(bootloader)启动流程
简单来说
初始化好时钟，GPIO，外设(依照升级方法来确定初始化对应的外设)，那么这块MCU就有了可以和外部通信的能力。
例如，使用串口升级，那么步骤就是
bootloader的main之前
1.单片机复位，从0x800 0000开始执行。
2.执行0x0800 0004处的Rest_Handler复位中断向量函数
3. 复位中断向量函数执行
调用SystemInit函数。这个函数里面开启了外部晶振，设置了PLL，除能了所有中断，设置了时钟
_main 标号表示 C/C++标准实时库函数里的一个初始化子程序 _main的入口地址。该程序的一个主要作用是初始化堆栈（跳转_user_initial_stackheap标号进行初始化堆栈），并初始化映像文件，最后跳转到C程序中的main函数。这也正解释了为什么所有的C程序必须有一个main函数作为程序的起点，因为这是由C/C++标准实时库所规定的。
4.跳转到IAP升级程序（bootloader）的main函数。
bootloader的main之后
1.初始化
初始化和正常没有bootloader 的程序一下，该咋样就咋样，为了避免无效功耗损失，一般是需要什么就初始化什么。时钟初始化，串口初始化，定时器初始化等（如果有用到定时轮询或者定时器延时等可以初始化）
2.检查APP 程序是否完整
若出现某些情况导致APP程序不全，有可能导致程序跑飞，进入硬件错误。
初始化完成后，首先检测 APP 分区中最后地址的标志位是否符合（如是否等于0x5a5a，一般APP程序的末尾加入特殊字符，以检测完整性），如果符合，启动倒计时（时间大约几百毫秒就行，根据实际情况决定），等待进入 APP 程序，在此期间，也会等待接收升级的指令；否则，则一直等待接收升级的指令。
check收到的估计bin的最后四个字节是否为0x5A5A
int CheckIfAPPCanJump(void)
{
uint32_t *pFlag = (uint32_t *)(APP_FLASH_CODE_BASE + APP_FLASH_CODE_SIZE - 4);
if (*pFlag == 0x5A5A)
{ return 1; }
return 0;
}
3.升级
接收到升级指令后，则启动升级流程，升级期间不允许进入 APP 程序。
4.跳转APP程序(IAP 如何实现跳转到用户程序)
升级完成后，需要跳转到 APP 程序（可以自动跳转，也可以增加跳转指令手动跳转），跳转前的准备：
1.检测 APP 程序是否存在，若存在，则继续往下执行APP升级
2.关闭全局中断（可选，放置升级中被打断）
3.清除所有中断标志位（可选，放置升级中被打断）
void Disable_irq(void)
{
uint8_t i;
__disable_irq(); // 关闭总中断
//__enable_irq();
/* 清除所有中断标志 */
for(i= 0; i < CRS_IRQn; i++)
{
NVIC_ClearPendingIRQ((IRQn_Type)i);
}
}
4.跳转 APP 启动程序地址（当然，也能直接跳转到 APP 程序的 main 函数，但在跳转前需要重新初始化堆栈等内容，所以最好还是交给启动文件处理，跳转到resethandle）
4.1 设定跳转地址
typedef void (*pFunction)(void); //定义一个pFunction类型 这是个函数指针
pFunction Jump_To_Application; //Jump_To_Application设置为pFunction类型
/*设定跳转地址，FLASH_USER_START_ADDR是APP程序的起始地址*/
JumpAddress = *(__IO uint32_t*) (FLASH_USER_START_ADDR + 4);
Jump_To_Application = (pFunction) JumpAddress;//将APP程序的中断向量表的Rest_Handler地址赋值给Jump_To_Application
__set_MSP(*(__IO uint32_t*) FLASH_USER_START_ADDR); //这里是将把应用程序起始地址设为栈顶指针
Jump_To_Application(); //设置PC指针为复位地址，你可以理解为跳转到应用程序的函数
设定跳转地址，FLASH_USER_START_ADDR是APP程序的起始地址，+4是因为中断向量表每四个字节代表一个中断函数的地址。所以JumpAddress指向APP中断向量表的Rest_Handler.
将跳转地址JumpAddress强制转换pFunction类型，可以理解为编译器将其编译成一个函数。
2.官方的demo，以stm32f10x为例
IAP/src/main.c
int main(void)
{
/* Flash unlock */
/*flash解锁，因为需要操作flash*/
FLASH_Unlock();
/* Initialize Key Button mounted on STM3210X-EVAL board */
/*初始化按键，demo中的升级触发条件为按键按下*/
STM_EVAL_PBInit(BUTTON_KEY, BUTTON_MODE_GPIO);
/* Test if Key push-button on STM3210X-EVAL Board is pressed */
if (STM_EVAL_PBGetState(BUTTON_KEY) == 0x00)
{
/* If Key is pressed */
/*如果按键按下，即触发升级，进行升级*/
/* Execute the IAP driver in order to re-program the Flash */
/*初始化串口，demo里面使用的是usart1 + Y-MODe协议*/
IAP_Init();
SerialPutString("\r\n================================================================");
SerialPutString("\r\n= (C) COPYRIGHT 2010 STMicroelectronics =");
SerialPutString("\r\n= =");
SerialPutString("\r\n= In-Application Programming Application (Version 3.3.0) =");
SerialPutString("\r\n= =");
SerialPutString("\r\n= By MCD Application Team =");
SerialPutString("\r\n============================================================");
SerialPutString("\r\n\r\n");
/*升级菜单，用户自己实现*/
/*升级中可选关闭所有中断，防止升级被打断，但是在跳转到APP程序后要第一时间打开总中断*/
Main_Menu ();
}
/* Keep the user application running */
else//不升级 进入APP
{
/* Test if user code is programmed starting from address "ApplicationAddress" */
/*升级条件不满足，跳转到用户程序处执行用户程序*/
if (((*(__IO uint32_t*)ApplicationAddress) & 0x2FFE0000 ) == 0x20000000)//检测栈顶指针
{
/* Jump to user application */
/*ApplicationAddress为用户程序的栈地址，+4便为用户程序的复位中断向量地址*/
JumpAddress = *(__IO uint32_t*) (ApplicationAddress + 4);
Jump_To_Application = (pFunction) JumpAddress;
/* Initialize user application's Stack Pointer */
__set_MSP(*(__IO uint32_t*) ApplicationAddress);
/*执行用户空间的复位中断向量函数，里面主要是进行系统时钟配置，执行用户空间的main函数数*/
Jump_To_Application();
}
}
while (1)
{}
}
检测栈顶指针
升级菜单demo，更具需求裁剪
void Main_Menu(void)
{
uint8_t key = 0;
/* Get the number of block (4 or 2 pages) from where the user program will be loaded */
/*计算IAP占用的flash页数*/
BlockNbr = (FlashDestination - 0x08000000) >> 12;
/* Compute the mask to test if the Flash memory, where the user program will be
loaded, is write protected */
#if defined (STM32F10X_MD) || defined (STM32F10X_MD_VL)
UserMemoryMask = ((uint32_t)~((1 << BlockNbr) - 1));
#else /* USE_STM3210E_EVAL */
if (BlockNbr < 62)
{
UserMemoryMask = ((uint32_t)~((1 << BlockNbr) - 1));
}
else
{
UserMemoryMask = ((uint32_t)0x80000000);
}
#endif /* (STM32F10X_MD) || (STM32F10X_MD_VL) */
/* Test if any page of Flash memory where program user will be loaded is write protected */
/*检测flash中用户空间的写保护锁是否开启*/
if ((FLASH_GetWriteProtectionOptionByte() & UserMemoryMask) != UserMemoryMask)
{
FlashProtection = 1;
}
else
{
FlashProtection = 0;
}
while (1)
{
SerialPutString("\r\n================== Main Menu ============================\r\n\n");
SerialPutString(" Download Image To the STM32F10x Internal Flash ------- 1\r\n\n");
SerialPutString(" Upload Image From the STM32F10x Internal Flash ------- 2\r\n\n");
SerialPutString(" Execute The New Program ------------------------------ 3\r\n\n");
if(FlashProtection != 0)
{
SerialPutString(" Disable the write protection ------------------------- 4\r\n\n");
}
SerialPutString("==========================================================\r\n\n");
key = GetKey();
if (key == 0x31)
{
/* Download user application in the Flash */
/*下载程序*/
SerialDownload();
}
else if (key == 0x32)
{
/* Upload user application from the Flash */
SerialUpload();
}
else if (key == 0x33)
{
JumpAddress = *(__IO uint32_t*) (ApplicationAddress + 4);
/* Jump to user application */
Jump_To_Application = (pFunction) JumpAddress;
/* Initialize user application's Stack Pointer */
__set_MSP(*(__IO uint32_t*) ApplicationAddress);
Jump_To_Application();
}
else if ((key == 0x34) && (FlashProtection == 1))
{
/* Disable the write protection of desired pages */
FLASH_DisableWriteProtectionPages();
}
else
{
if (FlashProtection == 0)
{
SerialPutString("Invalid Number ! ==> The number should be either 1, 2 or 3\r");
}
else
{
SerialPutString("Invalid Number ! ==> The number should be either 1, 2, 3 or 4\r");
}
}
}
}
进入APP
APP 代码起始设置见前文
APP中断向量表需要偏移就是你跳转到app程序后，你后续得跑app的中断向量表。要实现这个就必须在刚进入app的时候重定向中断向量表
注意在 mian 函数起始处重新设置中断向量表（寄存器 SCB->VTOR）的偏移量，否则 APP 无法正常运行
void SetVectorTable(void)
{
uint8_t i;
SCB->VTOR = APP_FLASH_CODE_BASE;
/* 清除所有中断标志 */
for(i= 0; i < CRS_IRQn; i++)
{
NVIC_ClearPendingIRQ((IRQn_Type)i);
}
/* 在BOOT中跳转之前若关闭了全局中断, 此需要重新打开 */
__enable_irq();
}
