STM32 Bootloader基于ymodem传输协议串口IAP升级详解
硬件:stm32f103cbt6
软件:STM32F10x_StdPeriph_Lib_V3.5.0
文章目录
1 预备知识
基于标准外设库(STM32F10x_StdPeriph_Lib_V3.5.0
)的IAP升级相关资料可以参考 IAP ST官方资料汇总。
STM32升级的三种方式:IAP
,ICP
,ISP
;具体有什么区别可以自行Google
;
本文需要实现STM32的Bootloader
(后面Bootloader
/IAP
不加以区分),文件传输基于ymodem
协议通过串口进行传输,这里参考了ST
官方的DEMO
—— STM32F10xxx in-application programming using the USART AN2557,在此基础上做了部分修改,增加了延时启动的功能,最终可以实现想要的效果。
整体架构分为两个部分;Bootloader
和Application
,具体如下图所示;
由上图可知,STM32
内置的Flash
被分成了两个部分,分别用来保存Bootloader
和Application
程序,这里有两个有两个FLASH
起始地址0x8000000
和0x8003000
;
为什么是0x8000000
这个地址呢?而不是其他地址呢?
这是由M3
内核硬件上的设计就已经这么做了,人为设计好了,可以参考M3内核权威指南;
0x8003000
这个地址则是由我们自己来规定的,这个地址的范围必须在0x8000000
和0x8020000
之间,所以一般根据Bootloader
程序的最终大小,在这范围之间取一个比较合理的值即可。如下图所示;
注意:本文使用的
stm32f103cb
,属于中等大小Flash,128K = 0x20000,所以地址范围是0x8000000~0x8020000;
2 Bootloader
2.1 启动流程
这里的Bootloader
即为IAP
程序,它具备以下几个功能;
- 支持文件传输;本文基于
ymodem
协议通过串口通讯接收或发送的bin
文件;当然也可以通过I2C
,SPI
,USB
,WiFi
,蓝牙
等等进行文件传输; - 对内置
Flash
进行读写,擦除和编程; - 启动
Application
程序;
前面分析STM32
启动文件的时候,我们可以知道,正常一个系统的启动流程,可以参考《STM32 标准库V3.5启动文件startup_stm32f10xxx.s分析》;
由该图可以知道程序正常启动流程;以下表格一
四个向量是必须的,从图中也可以了解到;
地址 | 异常编号 | 值 |
---|---|---|
0x0800_0000 | - | MSP 的初始值 |
0x0800_0004 | 1 | 复位向量(PC 初始值) |
0x0800_0008 | 2 | NMI 服务例程的入口地址 |
0x0800_000C | 3 | 硬 fault 服务例程的入口地址 |
… | … | … |
2.2 校验跳转地址是否有效
在主函数中可以看到如下程序;甚是不解和迷茫;沉思一会儿才恍然大悟;
/* Test if user code is programmed starting from address "ApplicationAddress" */
if (((*(__IO uint32_t*)ApplicationAddress) & 0x2FFE0000 ) == 0x20000000)
{
/* Jump to user application */
JumpAddress = *(__IO uint32_t*) (ApplicationAddress + 4);
Jump_To_Application = (pFunction) JumpAddress;
/* Initialize user application's Stack Pointer */
__set_MSP(*(__IO uint32_t*) ApplicationAddress);
Jump_To_Application();
}
本文中ApplicationAddress = 0x8000000
;
那么*(__IO uint32_t*)ApplicationAddress)
则是这个地址中所保存的值,由表格一
可以知道,程序起始地址的第一个向量地址保存的栈顶的,因此,地址0x800_0000
和0x800_3000
中保存的值都是指向栈顶
,如下图所示;
栈是在RAM
上分配,因此RAM
的有效范围要做一个检测,栈顶地址和0x2FFE0000
做与运算可以推算出,要校验的RAM范围是0x2000_0000—0x2001_FFFF
,所以RAM
大小是128K,官方DEMO
默认使用HD
高密度系列,所以是128K,本文是CBT6,20K的RAM,则需要改成0x2FFFB000
:
/* Test if user code is programmed starting from address "ApplicationAddress" */
if (((*(__IO uint32_t*)ApplicationAddress) & 0x2FFFB000 ) == 0x20000000)
{
/* Jump to user application */
JumpAddress = *(__IO uint32_t*) (ApplicationAddress + 4);
Jump_To_Application = (pFunction) JumpAddress;
/* Initialize user application's Stack Pointer */
__set_MSP(*(__IO uint32_t*) ApplicationAddress);
Jump_To_Application();
}
计算方式:
20K = 20*1024= 0x5000
,
0x2FFF_FFFF - (0x5000 - 1) = 0x2FFF_B000
2.3 Keil工程IAP的相关设置
2.3.1 修改Flash地址
设置程序起始地址0x800000
和大小0x3000
;
设置Debug工具烧写时Flash的起始地址0x800000
和大小0x3000
;
2.3.2 使用自己的链接脚本
该项为选配,与上述配置二选一即可,如果仍然想使用自己的链接脚本,在Option-->Linker
下将Use Memort Layout from Target Dialog
选项勾选去掉,然后选择自己的链接脚本,如下图进行配置;
参考ARMCC
的链接脚本编写方法,可以自己编写的srt
文件,参考ARM
分散加载技术;
; *************************************************************
; *** Scatter-Loading Description File generated by uVision ***
; *************************************************************
LR_IROM1 0x08000000 0x00003000 { ; load region size_region
ER_IROM1 0x08000000 0x00003000 { ; load address = execution address
*.o (RESET, +First)
*(InRoot$$Sections)
.ANY (+RO)
.ANY (+XO)
}
RW_IRAM1 0x20000000 0x00005000 { ; RW data
.ANY (+RW +ZI)
}
}
如果用的gcc工具链,则要编写gcc的链接脚本ld
文件;
2.3.3 下载固件
配置完成之后进行Build
,然后通过SWD
的方式先下载固件,进行实验;
3 Application
3.1 启动流程
用户的Application
需要在IAP
启动完成后,才能正常执行;具体启动过程,比正常应用的启动多了一个IAP
启动的过程,并最终通过IAP
引导进入Application
;具体如下图所示;
白色部分为IAP;
灰色部分为Application;
图中的0x8000004+N+M
就等于0x8003004
,所以Application
的启动地址需要进行修改,另外还有其他需要修改的地方,下面会详细指出。
3.2 IAP中的引导部分
参考IAP
中的引导程序;
#define ApplicationAddress 0x8003000
/* Jump to user application */
JumpAddress = *(__IO uint32_t*) (ApplicationAddress + 4);
Jump_To_Application = (pFunction) JumpAddress;
/* Initialize user application's Stack Pointer */
__set_MSP(*(__IO uint32_t*) ApplicationAddress);
Jump_To_Application();
可以发现的是SP
的值为0x8003000
,指向栈顶,而0x8003004
则为ResetHander
的地址,系统会进行复位,然后开始Application
正常启动流程;
3.3 关于 VTOR
VTOR是向量表偏移量寄存器,它将用来告诉CPU
,从Flash
的哪个地方去取向量地址,第一个要取的是MSP
的值,然后就是复位向量地址ResetHandler
,如果这里设置错误,那么程序是无法正常启动的。下面是标准库中与其相关的代码片段;
__IO uint32_t VTOR; /*!< Offset: 0x08 Vector Table Offset Register */
/*!< FLASH base address in the alias region */
#define FLASH_BASE ((uint32_t)0x08000000)
/*!< Vector Table base offset field. This value must be a multiple of 0x200. */
#define VECT_TAB_OFFSET 0x0
/* Vector Table Relocation in Internal FLASH. */
SCB->VTOR = FLASH_BASE | VECT_TAB_OFFSET;
所以Application
中还需要修改VECT_TAB_OFFSET
的值为0x3000;
参考M3权威指南:
如果需要动态地更改向量表,则对于任何器件来说,向量表的起始处都必须包含以下向量:
- 主堆栈指针(MSP)的初始值
- 复位向量
- NMI
- 硬 fault 服务例程
后两者也是必需的,因为有可能在引导过程中发生这两种异常。可以在 SRAM 中开出一块空间用于存储向量表。在引导期间先填写好各向量,然后在引导完成后,就可以启用内存中的新向量表,从而实现向量可动态调整的能力。
3.4 Keil工程设置
3.4.1 Flash地址设置
与IAP
工程设置类似,这里的Application
是另一个Keil
工程,同样的需要对Flash进行设置,如下图所示;
这里Application
工程的Flash地址偏移了0x3000
,正是之前Bootloader
所占用的Flash空间大小,这里和VTOR的设置也必须保持一致;
3.4.2 hex2bin
配置工程最终生成hex
文件,如下图所示;
最终我们需要使用的是bin文件,所以,这里需要使用将hex文件转成bin文件,本文使用hex2bin
的工具;配置工程运行之后执行转换文件的脚本;
create_bin.bat
echo %cd%
set ROOT_PATH=.\..\..
set SRC=%ROOT_PATH%\..\Project\STM32F10x_StdPeriph_Template\MDK-ARM\STM3210B-EVAL\*.hex
set TOOL=%ROOT_PATH%\..\Bin\hex2bin.exe
if exist %SRC% (%TOOL% %SRC%)
exit
copy_firmware.bat
echo %cd%
set ROOT_PATH=.\..\..
set HEX_FILE=%ROOT_PATH%\..\Project\STM32F10x_StdPeriph_Template\MDK-ARM\STM3210B-EVAL\*.hex
set BIN_FILE=%ROOT_PATH%\..\Project\STM32F10x_StdPeriph_Template\MDK-ARM\STM3210B-EVAL\*.bin
set DST_DIR=%ROOT_PATH%\..\Firmware\
if exist %HEX_FILE% (XCOPY /Y /S /F %HEX_FILE% %DST_DIR%)
if exist %BIN_FILE% (XCOPY /Y /S /F %BIN_FILE% %DST_DIR%)
exit
最终在Build
之后,可以在Firmware
中找到STM321-APP.bin
,这个文件就是要用来IAP
程序进行串口下载的程序。
3.4.3 用户程序串口下载测试
SecureCRT
软件支持ymodem
协议,可以安装该软件,打开串口连接,设置ymodem
的协议;
打开菜单选项:Options
–Session Options
,配置如下;
为了便于测试,在STM32F1-APP
进行串口发送以下信息,便于观察APP
是否正常启动;
usart_printf(" \r\n STM32F1-APP start running*******************");
打开连接的串口,并根据终端提示进行操作,最终下载固件STM32F1-APP
成功,并成功运行;
4 附件
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