单片机 IAP 功能基础开发篇之APP升级（三）

1 前言

上一篇单片机 IAP 功能基础开发篇之APP升级（二）讲到了单片机给 APP 程序升级具体的设计方案，这篇介绍的是升级进阶功能，如何在编译后在程序结束地址自动加上校验标志（可以通过脚本工具，但这里介绍的是在程序中编译后添加）。

1.1 目的

本文所写的是如何不通过下载器的方式实现单片机中的程序更新，目前介绍的是 STM32 的 BootLoader 进阶设计方案。

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2 前期准备

2.1 编译过程

首先我们先了解一下 C 源代码编译一共经过以下的过程：预处理 -> 编译 -> 汇编 -> 链接 -> 执行文件

预处理：    展开头文件/宏替换/去掉注释/条件编译
编译：        检查语法，生成汇编
汇编：        汇编代码转换机器码
链接：        链接到一起生成可执行程序

而 MDK 的编译过程如图所示（借网上的）

2.2 分散加载文件

ARM 的链接器提供了一种分散加载机制，在链接时可以根据分散加载文件(．scf 文件)中指定的存储器分配方案，将可执行镜像文件分成指定的分区并定位于指定的存储器物理地址。这样，当嵌入式系统在复位或重新上电时，在对 MCU 相应寄存器进行初始化后，首先执行 ROM 存储器的 Bootloader 代码，根据连接时的存储器分配方案，将相应代码和数据由加载地址拷贝到运行地址，这样，定位在 RAM 存储器的代码和数据就在RAM 存储器中运行，而不再从 ROM 存储器中取数据或取指令，从而大大提高了 MCU 的运行速率和效率。

应用场景：有时候用户希望将不同代码放在不同存储空间，也就是通过编译器生成的映像文件需要包含多个域，每个域在加载和运行时可以有不同的地址。要生成这样的映像文件，必须通过某种方式告知编译器相关的地址映射关系（在 MDK/ADS/IAR 等编译工具中，可通过分散加载机制实现。分散加载通过配置文件实现，这样的文件称为分散加载文件）这里不做详细介绍，有兴趣的可自行百度（周立功单片机：分散加载文件浅释.pdf）。

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3 APP 工程应用

3.1 修改分散加载文件

设置指定的分散加载文件（拷贝默认的文件至指定路径，然后重新选择即可）

STM32 的默认分散加载文件内容如下：

; *************************************************************
; *** Scatter-Loading Description File generated by uVision ***
; *************************************************************

LR_IROM1 0x08000000 0x00080000  {    ; load region size_region
  ER_IROM1 0x08000000 0x00080000  {  ; load address = execution address
   *.o (RESET, +First)
   *(InRoot$$Sections)
   .ANY (+RO)
   .ANY (+XO)
  }
  RW_IRAM1 0x20000000 0x00010000  {  ; RW data
   .ANY (+RW +ZI)
  }
}

需要修改成以下的内容，添加通用信息段（code_info）和代码结束段（CodeEndFlag）

; *************************************************************
; *** Scatter-Loading Description File generated by uVision ***
; *************************************************************

LR_IROM1 0x08000000 0x00080000  {    ; load region size_region
  ER_IROM1 0x08000000 0x00080000  {  ; load address = execution address
   *(.code_info, +First)
   *.o (RESET)
   *(InRoot$$Sections)
   .ANY (+RO)
   .ANY (+XO)
  }
  RW_IRAM1 0x20000000 0x00010000  {  ; RW data
   .ANY (+RW +ZI)
   *(.CodeEndFlag, +Last)
  }
}

3.2 定义和声明

在程序中定义结束标志（方便升级时擦除时就只需要擦除升级程序需要的内存了）

/* FLASH分区校验码 */
#define FLASH_EFFECTIVE_VALUE           (uint32_t)0x5555AAAA

/**
  * @brief Flash分区通用内容信息结构体定义.
  */
typedef struct {
    uint32_t effective;                     /*!< 有效校验码 */
    uint32_t startAddr;                     /*!< 起始地址 */
    uint32_t endAddr;                       /*!< 结束地址 */
    uint32_t reserve[13];					/*!< 预留 */
} FlashComInfoType;

/* app 程序 FLASH 分区程序段起始/结束地址 */
#define CODE_FLASH_START_ADDR			(uint32_t)Load$$ER_IROM1$$Base
#define CODE_FLASH_END_ADDR				(uint32_t)(Load$$RW_IRAM1$$RW$$Limit - 0x4) // -4 的原因是减掉 section(".CodeEndFlag") 的大小

extern uint8_t Load$$ER_IROM1$$Base[];         /* 程序在 FLASH 的起始地址 */
extern uint8_t Load$$RW_IRAM1$$RW$$Limit[];    /* 程序在 FLASH 的结束地址(Code + RO + RW) */

/** Flash扇区结束标志 */
static volatile uint32_t sg_appEndFlagend __attribute__((used, section(".CodeEndFlag"))) = FLASH_EFFECTIVE_VALUE;

/**
  * @brief  APP 代码Flash扇区的信息.
  * @note   随编译自动在Flash中储存以下信息,
  *         由于系统运行时不会在RAM中分配空间(地址为Flash对应的地址), 则只读.
  *         在外部引用时会报错.
  */
const FlashComInfoType gc_appFlashInfo __attribute__((used, section(".code_info"))) = {
        FLASH_EFFECTIVE_VALUE,
		CODE_FLASH_START_ADDR,
		CODE_FLASH_END_ADDR,
        {0}
};

3.3、编译

编译完成后可以打开hex文件查看（从地址看起始地址为 0x08000000，结束地址为 0x08000D38，结束地址后紧跟代码结束校验标志）

代码所在的内存图如：

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4 Boot 工程代码应用

在 boot 代码中定义同样的结构体，通过结构体指针的方式指向 APP 区的Flash分区通用内容信息结构体。

const FlashComInfoType *gc_pAppFlashInfo = (FlashComInfoType *)APP_CODE_FLASH_START_ADDR;

通过该 APP 的信息在 boot 中得到代码结束地址，在升级时擦除至结束地址所在的 Flash 段即可，不必全部擦除，从而缩短升级时间，且在升级完成后 APP 跳转时检查 APP 代码结束地址的标志是否符合预期。