STM32 OTA-IAP設(shè)計(jì)方案

OTA是Over-the-Air的簡(jiǎn)寫，即空中下載技術(shù)，通過網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程給用戶進(jìn)行系統(tǒng)更新和升級(jí)。IAP是In Application Programming的簡(jiǎn)寫，IAP是用戶自己的程序在運(yùn)行過程中對(duì)User Flash的部分區(qū)域進(jìn)行燒寫，目的是為了在產(chǎn)品發(fā)布后可以方便地通過預(yù)留的通信口對(duì)產(chǎn)品中的固件程序進(jìn)行更新升級(jí)。IAP主要包括BootLoader和應(yīng)用程序兩部分，基于IAP的OTA設(shè)計(jì)思路是先通過OTA接收升級(jí)固件，再利用IAP進(jìn)行固件搬移、校驗(yàn)和程序跳轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)空中升級(jí)的目的。
BootLoader程序根據(jù)判斷是否需要升級(jí)固件，并進(jìn)行運(yùn)行代碼跳轉(zhuǎn)。APP工程中需要編寫OTA數(shù)據(jù)包交互協(xié)議，將接收到的升級(jí)固件保存至FLASH，校驗(yàn)一致性然后設(shè)置升級(jí)標(biāo)志位并重啟。

一、STM32啟動(dòng)模式分析

Cortex-M3 內(nèi)核啟動(dòng)有3種情況：

通過boot引腳設(shè)置可以將中斷向量表定位于SRAM區(qū)，即起始地址為0x2000000，同時(shí)復(fù)位后 PC 指針位于0x2000000處。

通過boot引腳設(shè)置可以將中斷向量表定位于FLASH區(qū)，即起始地址為0x8000000，同時(shí)復(fù)位后PC指針位于0x8000000處。

通過boot引腳設(shè)置可以將中斷向量表定位于內(nèi)置Bootloader區(qū)。

Cortex-M3內(nèi)核規(guī)定，起始地址必須存放棧頂指針，而第二個(gè)地址則必須存放復(fù)位中斷入口向量地址，在Cortex-M3內(nèi)核復(fù)位后，會(huì)自動(dòng)從起始地址的下一個(gè)32位空間取出復(fù)位中斷入口向量，跳轉(zhuǎn)執(zhí)行復(fù)位中斷服務(wù)程序。Boot引腳設(shè)置見下表。

BOOT0BOOT1啟動(dòng)模式

0	無關(guān)	FLASH
1	0	系統(tǒng)存儲(chǔ)器，ISP模式
1	1	SRAM，調(diào)試

STM32的啟動(dòng)文件（startup_stm32f103xb.s）和啟動(dòng)過程。

（1）首先對(duì)棧和堆的大小進(jìn)行定義，并在代碼區(qū)的起始處建立中斷向量表，其第一個(gè)表項(xiàng)是棧頂?shù)刂?#xff08;32位），第二個(gè)表項(xiàng)是復(fù)位中斷服務(wù)入口地址；（2）然后執(zhí)行復(fù)位中斷，在復(fù)位中斷服務(wù)程序中跳轉(zhuǎn) C/C++標(biāo)準(zhǔn)實(shí)時(shí)庫的main函數(shù)(__main)，完成用戶堆棧等的初始化后，跳轉(zhuǎn).c 文件中的main函數(shù)(真正的用戶main函數(shù))開始執(zhí)行程序。

假設(shè)STM32被設(shè)置為從內(nèi)部FLASH啟動(dòng)，中斷向量表起始地位為0x8000000，則棧頂?shù)刂反娣庞?x8000000處，復(fù)位中斷服務(wù)入口地址存放于0x8000004處。當(dāng)STM32遇到復(fù)位信號(hào)后，則從0x80000004處取出復(fù)位中斷服務(wù)入口地址，繼而執(zhí)行復(fù)位中斷服務(wù)程序，然后跳轉(zhuǎn)__main函數(shù)，最后進(jìn)入main函數(shù)。

二、FLASH分區(qū)

設(shè)置STM32為從FLASH啟動(dòng)，即硬件設(shè)置管腳BOOT0低電平。本方案單片機(jī)型號(hào)采用：STM32F103RBT6，FLASH:128KB, SRAM:20KB。FLASH分為Bootloader、APPA、APPB、Parameter4個(gè)部分，分別占用20kB、50kB、50kB和8kB內(nèi)存空間。APPA是應(yīng)用程序區(qū)，運(yùn)行用戶設(shè)計(jì)的應(yīng)用程序；APPB是應(yīng)用程序備份升級(jí)區(qū)，存放接收到的固件升級(jí)包；Parameter是參數(shù)區(qū)，保存程序運(yùn)行的關(guān)鍵參數(shù)、升級(jí)標(biāo)志和密鑰。FLASH分區(qū)示意圖如下圖所示。

三、OTA流程

單片機(jī)上電后首選運(yùn)行BootLoader該段代碼，讀取Parameter參數(shù)區(qū)的升級(jí)標(biāo)志量，判斷是否有升級(jí)需求。若有升級(jí)需求，則根據(jù)記錄的相應(yīng)固件大小將APPB區(qū)升級(jí)文件拷貝至APPA區(qū)，并改寫升級(jí)標(biāo)志量，然后重啟；若無升級(jí)請(qǐng)求，則程序跳轉(zhuǎn)至APPA代碼區(qū)運(yùn)行。OTA程序流程如下所示。
具體流程描述如下：
Step1：上電啟動(dòng)單片機(jī)，首先執(zhí)行BootLoader程序。
Step2：BootLoader讀取Parameter區(qū)參數(shù)，查看升級(jí)標(biāo)志是否有升級(jí)任務(wù)，若沒有升級(jí)任務(wù)，則進(jìn)入 Step3，否則進(jìn)入 Step4。
Step3： BootLoader程序跳轉(zhuǎn)至APPA，執(zhí)行用戶代碼，并判斷是否收到升級(jí)任務(wù)請(qǐng)求，若有升級(jí)任務(wù)請(qǐng)求則進(jìn)入 Step7。
Step4：根據(jù)Parameter區(qū)升級(jí)參數(shù)，校驗(yàn)APPB固件數(shù)據(jù)并將APPB升級(jí)固件拷貝到APPA區(qū)，執(zhí)行 Step5 和 Step6。
Step5：將升級(jí)標(biāo)志位清除。
Step6：重啟，再次執(zhí)行BootLoader。
Step7：將接受到的升級(jí)數(shù)據(jù)包存入APPB區(qū)，并將相關(guān)升級(jí)參數(shù)存入Parameter區(qū)，若接收數(shù)據(jù)完成，固件檢驗(yàn)通過則寫入Parameter區(qū)升級(jí)標(biāo)志，并進(jìn)入 Step8 。
Step8：重啟，再次執(zhí)行BootLoader。

四、工程設(shè)置

4.1 BootLoader工程設(shè)置

由于BootLoader需要在上電復(fù)位后首先執(zhí)行，因此，設(shè)置BootLoader存放在FLASH起始位置0x08000000，在MDK中打開options for target，設(shè)置IROM1 Start = 0x08000000，Size = 0x5000(0x5000 = 20kB)，在Flash Download中設(shè)置下載Flash位置，參數(shù)與IROM1中設(shè)置Start和Size相同。BootLoader代碼大小不超過20kB，越小越好。

4.2 APP工程設(shè)置

根據(jù)FLASH分區(qū)，APP代碼存放在緊挨著BootLoader之后，因此APP的起始位置應(yīng)該為0x08000000+0x5000 = 0x08005000，占用內(nèi)存大小為0xC800(50kB)，在MDK中打開options for target，設(shè)置IROM1 Start = 0x08005000，Size = 0xC800，在Flash Download中設(shè)置下載Flash位置，參數(shù)與IROM1中設(shè)置的Start和Size相同，如圖5和圖6所示。由于APP代碼運(yùn)行的起始位置不在0x08000000，其棧頂?shù)刂钒l(fā)生偏移，對(duì)應(yīng)的中斷向量表地址也整體發(fā)生偏移，因此，在代碼中需要對(duì)APP代碼的中斷向量表偏移進(jìn)行設(shè)置，具體的在system_stm32f1xxx.c中啟動(dòng)代碼中可以看到定義的中斷向量表偏移量宏定義：

#ifdef VECT_TAB_SRAMSCB->VTOR = SRAM_BASE | VECT_TAB_OFFSET; /* Vector Table Relocation in Internal SRAM. */ #elseSCB->VTOR = FLASH_BASE | VECT_TAB_OFFSET; /* Vector Table Relocation in Internal FLASH. */ #endif /* #define VECT_TAB_SRAM */ #define VECT_TAB_OFFSET 0x5000 /*!< Vector Table base offset field. This value must be a multiple of 0x200. */

升級(jí)界面如下：

設(shè)備啟動(dòng)界面如下：

下一篇準(zhǔn)備寫個(gè)具體實(shí)現(xiàn)，包括本文提到的整包升級(jí)和朋友提到的差分升級(jí)，并且附帶配套的QT開發(fā)的升級(jí)軟件開發(fā)教程，考慮收費(fèi)欄目。

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的STM32项目中一种在线升级/应用升级OTA-IAP设计方案的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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