STM32F103 串口-IAP程序升级

STM32F103 串口-IAP程序升级

通常情况下我们给STM32系列的单片机烧录程序文件的时候，使用SWD、J-link或者通过设置BOOT引脚后，使用串口进行程序下载，这样的方式直接一次性将程序文件下载到单片机的flash中，比较适合绝大部分的应用。但是有些应用中产品装配完成后，下载口不便引出的情况下，或者是某些设备需要具有远程更新程序情况下，使用串口IAP的方式将会更加便捷。

一般我们常见的51单片机内部的flash空间，只能使用下载器进行烧录程序。芯片自身无法擦写内部flash空间。这样的情况下，如果我们后期需要升级芯片中的程序时，只能到现场使用下载器重新烧录程序，这样比较繁琐。但是STM32单片机内部的flash可以在程序中让单片机自身去擦写编程，同时官方也提供了相应的操作函数固件库。这样就可以实现单片机程序的远程升级，通过芯片外设的某种通信接口（一般常用串口），将程序文件发送给芯片，让芯片自身把程序文件写入内部flash，实现程序的远程升级操作。如果要实现让单片机自身去升级程序，就必须要将内部flash空间进行划分，分不同的区域写入不同工程的程序代码，才能实现该功能。

一般情况下，我们将单片机的内部flash空间划分为两大区域，为了方便理解，我们叫做bootloader区域和app区域（这里的bootloader和app为自定义名称，也可叫做其他名称）。分为两大区域的原因是，我们要给一块芯片（单片机）写入两个不同的工程文件，这个两个工程分别是“程序升级工程（bootloader）”和“应用程序工程（app）”。两个工程的区别是：

“程序升级工程”存放在flash的bootloader区域。它的作用：接收新版本的程序文件，将收到的文件写入内部flash的app区域中。这个工程的任务比较单一，所以它只占用较小的一部分flash空间”。

“应用程序工程”存放在flash的app区域。它的作用：执行真正的功能操作。如数据采集、执行一些运算等操作。也是单片机实际发挥作用的程序。升级程序的方式是，可以灵活应用，主要看开发人员的编程思路，在这里我们使用上电检测的方式进行程序的更新。

单片机上电后，首先在bootloader区域运行程序升级函数，检测是否有新版本的程序需要升级，如果需要升级时，就将接收的新版本程序数据写入app区域，之后跳转到app区域去运行正在的应用程序函数。如果不需要升级程序时，就直接跳转到app区域去执行程序。流程如下：

串口IAP程序的操作方式是，分时切换flash区域进行执行不同功能的函数，而不是两个区域中的程序都在运行。任何时候，单片机都不能同时执行两个工程代码，我们将flash空间划分如下（以STM32F103CB为例）flash的总大小是128Kb，划分bootloader区域大小为8Kb，app区域为120Kb。示意图和相关地址如下：

    如果想要将程序按照如上图所示的flash空间存放的话，就必须对编译环境进行一些设置，才能到达我们的目的，不再使用默认的编译设置。bootloader工程设置在编程软件keil5中设置如下：

app工程设置在编程软件keil5中设置如下：

在app工程的程序代码中除了设置工程代码的编译地址之外，还要将中断向量表偏移寄存器的值进行相对应的设置。设置中断向量表偏移寄存器的方法有两种：

①→可以在app应用程序的主程序while循环之前设置，设置格式为：

        CB->VTOR = FLASH_BASE | 0x2000;

②→还可以在官方的固件库设置，在固件库system_stm32f10x.c文件中，第267行使用了如下的设置：

而上述表达式中的“VECT_TAB_OFFSET”在该固件库文件的第128行进行了声明和初值定义：

可以看出，默认情况下，“VECT_TAB_OFFSET”的值等于0。也就是不进行偏移，我们在进行IAP编程的时候，可以将此处的初值改为对应的偏移量即可。通常我们不对官方固件库进行更改，所以常用第一种方式进行设置中断偏移量。在这里要注意的是，偏移量不能随意任意设置，由于ARM Cortex®-M3内核规定，中断向量表必须对齐原则。因此中断偏移量的值必须是0x200的倍数。

IAP代码中关于跳转部分的详解：

在编程中我们要清楚的知道，单片机任何时候只能运行一个代码工程，并不是两个区域的代码都在运行。所以就必须使单片机要在两个区域（bootloader区域和app区域）或者是两个工程代码之间进行跳转。跳转之前除了要将app工程代码中的中断偏移量进行相对应的设置外，还要在单片机跳转时，设置app区域代码的主堆栈栈顶地址。通过官方手册就可以知道，STM32默认启动地址是0x08000000，而这个首地址中保存的就是堆栈的栈顶地址，这个地址是在代码编译后，有编译器自动产生。同时根据相关手册可以看到STM32的程序存放规则和编译后的可执行文件的规则是，编译后的可执行文件中第一个字就是被下载到STM32内部flash中的第一个存储单元中，而这个就是我们需要的堆栈栈顶地址。

重新设置STM32的堆栈栈顶地址是属于内核级别的操作，因此C语言无法进行内核操作，只能借助嵌入汇编的形式进行操作，一般是使用MSR指令进行操作的。MSR指令是用于访问内核中特殊功能寄存器（如堆栈栈顶寄存器）专用汇编指令。其编写形式一般为如下：

完成对工程的设置与程序代码的编写之后，我们还需要得到相应工程的BIN格式文件，keil软件自带输出BIN文件的功能，但是一般情况下我们不使用BIN文件，所以程序代码编译完毕后，软件默认是不输出BIN格式的文件。如想要keil在编译完成之后，同时输出BIN文件，则需要进行设置，设置方法是在工程管理的选项卡的User选项中的Run #1处编写命令“fromelf.exe --bin -o "$L@L.bin" "#L"”即可，如图：