聽到這個"需求"的第一反應“這是開玩笑吧”。我是是一個普通的碼農，怎么可能開發(fā)出了那么復雜的東西。
帶著一頭冷汗，開始查資料中…
原來如此，有一種下載程序的方式叫做“IAP”。 懸著的心終于放了下來。
原來“給單片機燒寫程序”的實質就是把“編譯”好的“程序二進制文件”復制到芯片的flash中，和從電腦傳電影到MP4播放器上是相似的原理。只不過現在這個“電影”是 “程序二進制文件”，而單片機就是這個“二進制程序”的“播放器”。

一、前言（需求背景）

需求背景就是“遠程更新硬件設備的芯片程序（固件）”。在開發(fā)硬件設備的時候，一般使用專用“燒寫器”給芯片燒寫程序。從而完成芯片應用程序編碼和調試工作。在硬件設備研發(fā)完成，正式生產出產品并賣給客戶后。如果需要更新硬件程序怎么辦。難道也要給用戶郵寄一個燒寫器和程序文件？一個批次的產品都需要更新，你能郵寄的過來嗎？這期間會消耗多少成本。這是要賠本的節(jié)奏呀。因此，你需要一個“更新固件”的功能。“更新固件”這個詞，對于愛鼓搗智能設備的兄臺應該很熟悉吧。注意，使用網絡或GPRS遠程升級固件的時候，這項技術被稱為“OTA升級”。

二、實現“更新固件”的原理

“更新固件”從技術角度來看，本質上是“芯片自己給自己更新（燒寫）程序”。沒錯就是自己給自己更新程序，聽起來有點嚇人，萬一芯片學會了自己給自己迭代升級程序，就像生物進化一樣，一步一步的進化，最終出現“智慧思想”怎么辦。如果你看過“終結者”就會知道：“沒辦法，攔是攔不住的”。因此，就會出現“硅基生物”代替“碳基生物”的地球（如果你看過劉慈欣的著作你就會明白我要表達的意思）。

芯片自己更新程序的原理是：芯片中是可以存放多個“程序”的。就和你的手機可以同時安裝“支付寶”和“微信”是一個道理。而實現芯片自己更新“程序”的原理就是，燒寫在芯片中的其中一個“程序”可以更新芯片中的另一個“程序”。把可以更新其他程序的“程序”叫做“Bootloader”，把被更新的“程序”叫做“App”。（當然從原理上來說芯片上的多個程序是可以實現互相更新的。只是現實中很少有這樣的需求）。更詳細的實現細節(jié)，請閱讀13.2~13.5章節(jié)。

二、STM32單片機支持的幾種“燒寫”方式說明

stm32單片機有三種啟動方式
啟動方式由芯片上的兩個管腳BOOT0和BOOT1來決定：

引腳配置啟動模式程序儲存位置支持的下載模式備注

BOOT1=x BOOT0=0	從用戶閃存啟動	Flash	SWD/JTAG	單片機正常運行所使用的模式，在此模式，可以直接用專用燒寫器下載程序
BOOT1=0 BOOT0=1	從系統(tǒng)存儲器啟動	Flash	ISP	從芯片自帶的bootloader（ISP程序）下載程序，下載完需要切換引腳為“BOOT1=x BOOT0=0 ”并復位芯片，才能運行程序。
BOOT1=1 BOOT0=1	從內置SRAM啟動	SRAM	ISP	調試模式，下載到芯片的代碼存放在內存中，從而加快下載速度，避免寫Flash。由于程序儲存在內存中，因此掉電會丟失程序

Stm32所支持的燒寫方式

• SWD/JTAG
  兩種標準的“燒寫器”編程接口（協(xié)議），支持這些編程接口的燒寫器有：JLINK、ULINK、ST-LINK

• ISP(In System Programing，在系統(tǒng)中編程)
  使用固化在芯片內部的bootloder更新應用程序的一種方式。需要芯片硬件支持（閱讀芯片手冊）。一般使用串口下載程序，常用的下載工具軟件有：國產的FlyMcu 和 stm公司官方提供的Flash Loader Demonstrator。注意，燒寫的時候，需要配置芯片的Boot引腳，燒寫完成之后，再修配置回來才能運行程序。

• IAP(In applicating Programing，在應用編程)，是一種除基本芯片燒錄方法之外的一種巧妙程序燒寫方式。
  實現IAP下載程序，需要芯片保持在“從閃存啟動模式”。其實現原理為：把flash 劃分為2個部分，一個部分用于放置“更新其他程序的bootloader”，另一部分放置普通的應用程序。其中bootloder放置在芯片“上電”自動運行的位置（即用燒寫器燒寫普通程序的位置）。而普通的應用程序被放置在flash偏后面的 扇區(qū)中。至此你會有以下幾個疑問，下面分別解答。手機自動更新系統(tǒng)，其實就是使用了IAP的原理。（其實電腦操作系統(tǒng)和手機操作系統(tǒng)都有bootloader，只不過用在電腦系統(tǒng)上，被叫做“Windows Boot Manager”）。

bootloader到底是什么？燒寫程序是怎么做到的？
bootloader起始就是一個普通的單片機應用程序，但他的功能是，從芯片外界讀取“應用程序的bin文件”并把這個文件放置到芯片Flash的指定位置。就完成了“應用程序的燒寫”。

有了bootloader之后，芯片程序怎樣啟動？
現在被燒寫好的“應用程序”沒有放置到單片機上電運行的位置，那么應用程序怎么啟動呢。答案是，芯片上電，默認會運行bootloader這個程序，而bootloader這個程序可以判斷是否存在可用的App，如果存在則把當前程序運行的“pc指針”指向放置應用程序的flash地址（在此之前，重新指定新的“中斷向量表”和“堆棧”的地址）即可讓應用程序跑起來。是的，使用IAP方式后，以后芯片每次上電都走這樣一個啟動流程。

四、實現IAP有哪幾種方式，分別說明

提到IAP的實現方式，那可多了去了。可以說只要能實現“數據傳輸”，就可以用來開發(fā)IAP升級固件的功能。以下把常用常見的方式加以詳細說明：

U盤
Bootloader需要讀取U盤的文件系統(tǒng)，從U盤讀取固件文件并寫在Flash的指定位置。從而完成程序更新。
最常見的IAP實現方式，也最方便。只要把固件放置到U盤，然后插入機器，啟動機器即可自動更新應用程序。一般智能硬件，采用設備本身模擬U盤的功能，當你把智能硬件使用USB數據線連接到電腦上之后，電腦上會彈出一個類似U盤的磁盤，你只需把固件文件（bin文件）復制粘貼到這個磁盤中即可。然后斷開USB連接線，重啟或重新給智能硬件通電，智能設備就會自動更新固件。缺點：要做的支持市面上的所有U盤很難。

串口（RS232/RS485）
Bootloader需要實現串口通信，使用串口通道接收固件文件并寫在Flash的指定位置。從而完成程序更新。
這個也是常用的更新固件方式。使用硬件設備的的“串口通信線”即可完成芯片固件更新。需要配合相應的上位機軟件來實現。使用體驗比較好，使用起來也比較穩(wěn)定。（本文一開始說描述的需求，就是指這種實現方式）

網絡TCP
Bootloader需要實現網絡通信，使用網絡通道接收固件文件并寫在Flash的指定位置。從而完成程序更新。
常用于實現遠程自動更新。比如放置在野外的智能設備，通過4G網絡定期查看是否有更新，如果有則通過網絡下載固件并自動更新。

藍牙
Bootloader需要實現藍牙通信，使用藍牙通道接收固件文件并寫在Flash的指定位置。從而完成程序更新。
常用于便攜式設備的更新。因為一般的便攜式設備都是使用藍牙通信。所以只能用藍牙來更新固件。
比如：智能手表，藍牙耳機，藍牙鼠標，藍牙xx

CAN總線（主叢電路板方式）
常用于更新大型機器中的某一塊電路板上芯片的程序。主電路板有文件系統(tǒng)，可以儲存其他電路板上芯片的固件文件。大型設備內部，電路板與電路板之間常使用CAN總線通信。因此要更新機器內某個電路板的程序，可以通過“主從電路板”的方式，線把固件文件先傳輸到主電路板芯片中，然后主電路板芯片通過CAN總線給目標電路板更新程序。

五、IAP升級固件中的“加密”說明

為什么要加密
當你的機器硬件出現問題的時候，你需要把固件文件發(fā)給用戶，讓用戶使用“U盤”或串口來升級程序。這個時候相當于把你的程序可執(zhí)行文件暴露了，如果讓想“復制”你設備的人拿到手，他可樂開了花了。他只需要自己寫個bootloader就能借用你這個“可執(zhí)行文件”來生產一模一樣的設備了。你怎么辦，只能走法律途徑了。所以你不加密固件，相當于“鼓勵別人犯罪”。

怎么加密
再bootloader中作修改。專門編寫一個加密軟件，來加密你要發(fā)給用戶的“固件”。然后你自己機器中的bootloader加入對應的解密代碼。bootloader從U盤或串口拿到“固件”文件先解密，然后在寫到Flash中即可。至于用哪個加密算法，這里沒有推薦(需求明確了還怕沒有解決方案嘛^.)。

六、IAP升級固件中的“壓縮”說明

為啥要壓縮固件
因為大唄！普通Stm32的應用程序，編譯出來的Bin文件大小在20K~100K之間。咦，不大呀，怎么說大呢？
是不大，但是看對于什么通信方式來說。
對于U盤更新固件方式，幾百K是小意思。如果對于網絡方式呢。一般都是給遠程網絡設備更新固件，用的是流量。而物聯網卡的流量很有限，傷不起呀。其次，看你對速度有沒有要求。比如你用藍牙來更新固件。更新速度的瓶頸是在傳輸速度上。而速度是無法提高的，只能通過減小固件體積來達到提高更新速度的效果。

怎樣壓縮與解壓縮固件
使用電腦軟件來實現對固件的壓縮。bootloader只要負責解壓即可。推薦的芯片可用壓縮算法有：zlib、miniLZO

總結

以上是生活随笔為你收集整理的13.1-自己开发一个“单片机烧写工具”！不是开玩笑吧？原来如此^~^（OTA升级）的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網站內容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。