最近因項目需求要實現STM32的在線升級即IAP功能，先將這幾天的學習體會和IAP的具體實現總結出來，分享給大家，希望對同樣實現IAP的童鞋有所幫助，文中最后會上傳名為STM32_Update.zip的壓縮文件里面包含了STM32_App、STM32_MyBoot_V1.0和升級軟件STM32_UpdateSoftware的源碼文件供大家參考。所有程序都經過測試，可以直接在原子哥的開發板上跑，上位機的升級軟件大家可以直接打開 STM32_Update\STM32_UpdateSoftware\Release\STM32_UpdateSoftware.exe來升級，如果需要查看源碼請用VS2010打開工程文件。

最終要實現的是：
單片機每次上電會先運行Boot程序，檢查標志位如果標志位為FLAG_TO_APP則直接跳轉到App程序運行，如果標志位為FLAG_TO_BOOT，則運行Boot程序準備升級。在運行App程序時，當接收到升級的指令后會在FLASH中的某處空間寫下升級的標志位FLAG_TO_BOOT，并且加載Boot程序，Boot程序會接受新的程序文件并且存儲在相應的FLASH空間里，完成升級后會在標志位的空間寫下FLAG_TO_APP，并且運行新的程序。

帖子包含如下幾個方面：
1. 什么是IAP?
2. STM32的啟動模式？
3. STM32的FLASH分布？
4. STM32程序的運行過程？
5. BootLoader程序的編寫（如何實現程序的動態加載）？
6. App程序的編寫？
7. bin文件的轉換？
8. 上位機串口升級軟件的簡介
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1. 什么是IAP？
IAP的知識網上的各種資料也說的比較明白，在此簡單介紹一下。IAP（ In Application Programming）即在線應用編程，也就是用戶可以使用自己的程序對單片機的User Flash的某一區域（一般為存放自己程序的區域）進行燒寫。在真正的工作中產品發布后，可以很方便的使用預留的通信接口（串口、USB、網口、藍牙等）來完成程序的升級，從而避免了把機器拆開使用下載器燒寫程序。要實現IAP功能一般要設計兩部分代碼，一是BootLoader程序，這部分程序存儲在FLASH的某一位置，主要用來引導、升級App程序；二是App程序，這個程序才是實現產品的功能程序。通過BootLoader來完成對App程序的更新升級，這就是IAP功能。
2. STM32的啟動模式
很多初學者對于STM32的啟動并不是很了解，這在《STM32的參考手冊》以及網上各種資料里也有介紹，下面再簡單介紹一下：
STM32有三種啟動方式，主要是通過管腳BOOT0和BOOT1的連接方式來控制的，如下圖所示，因為我們要讓程序從主存儲器啟動，因而在硬件設計時要選擇第一種方式把BOOT0接到GND，BOOT1任意，可以拉高也可以拉低。

note:?STM32上電啟動并不是直接進入main函數，而是先進行系統初始化，這個函數的調用是在啟動文件startup_stm32f10x_hd.s（因為我的單片機是STM32F103RCT6,大容量芯片所以是這個文件）中執行復位中斷Reset_Handler時被調用的，執行完復位中斷才會進入main函數。
3.??STM32 FLASH的分布
STM32每種型號單片機的FLASH大小及地址分配在芯片手冊里都有介紹，我使用的是STM32F103RCT6的型號其FLASH為256K屬于大容量產品其FLASH的分布如下圖：主存儲塊的地址是從0x08000000到0x0803FFFF共256K


我們在設計程序時把FLASH分成3部分，第一部分從0x08000000到0x0800FFFF共64K來存放BootLoader程序，第二部分為0x08010000到0x0802FFFF共128K來存放App程序，第三部分從0x08030000開始到0x803FFFF共64K來存放程序運行的標志位和其他，如下所示：

4. STM32程序的運行過程
STM32的程序運行過程在很多資料里也都有介紹，因為STM32F103的單片機是基于Cortex-M3核的，它的內部主要是通過中斷向量表來響應各種中斷，內部閃存的起始地址是0x08000000，中斷向量表的起始地址是0x8000004，程序啟動后，將首先從“中斷向量表”取出復位中斷向量執行復位中斷程序完成啟動，當中斷來臨時STM32 的內部硬件機制亦會自動將 PC 指針定位到“中斷向量表”處，并根據中斷源取出對應的中斷向量執行相應的中斷服務程序。

如上圖所示STM32的正常啟動流程是：
a. STM32上電后會從 0x8000004 處取出復位中斷向量的地址，并跳轉執行復位中斷服務程序，如標號1所示；
b. 復位中斷復位程序執行完成之后就會跳轉到我們的main函數如標號2所示；
c. main函數一般為死循環，當其收到某一中斷請求之后STM32會強制把PC指針指向中斷向量表，如標號3所示；
d. 查詢中斷向量表，根據中斷源來跳轉到相應的中斷服務程序中執行響應的操作；如標號4、5所示；
e. 執行完中斷服務程序之后會再回到main函數中，如標號6所示。
以上是STM32的正常運行過程，而當加入IAP程序之后，運行流程就如下所示：

加入IAP后程序運行如下：
a. STM32復位之后還是從0x8000004處獲取中斷向量表的地址，并跳轉執行復位中斷服務程序，如標號1所示；
b. 執行完復位中斷服務程序之后回調轉到IAP的main函數中，如標號2所示；
c. IAP的過程就是通過某種選定的通信方式（如串口）來接收程序文件，并且存儲在指定的FLASH空間里，隨后會加載新的程序，而新程序的復位中斷向量起始地址為0X08000004+N+M，取出新程序的復位中斷向量的地址，并跳轉執行新程序的復位中斷服務程序，隨后跳轉至新程序的 main 函數，如標號3、4所示；
d. 此時在STM32的FLASH里面會有兩個中斷向量表，在新程序 main 函數執行的過程中，當中斷來臨時PC指針仍會回跳轉至地址為
0x8000004 中斷向量表處，而并不是新程序的中斷向量表，這是由STM32的硬件機制決定的，如標號5所示；
e. 查詢中斷向量表，根據中斷源來跳轉到新的中斷服務程序中執行響應的操作，如標號6所示；
f. 執行完中斷服務程序之后會再回到main函數中，如標號7、8所示。
note:
由上可知新的程序在FLASH中必須放在IAP程序之后的某個地址里，這里我的程序中設置的是0x08010000?即偏移量為0x10000，而且新程序的中斷向量表也要做相應的偏移，偏移量也為0x10000?（地址的設置可以通過編譯軟件來實現，下文會有介紹）。

5. BootLoader程序的編寫
? ?BootLoader程序主要的功能是接收新的程序并把它存儲在FLASH的特定位置，然后加載新的程序運行。單片機每次上電都會先讀取一個標志位，根據此標志位來決定是運行APP程序還是來運行自己來升級。
flag =?STMFLASH_ReadHalfWord(FLASH_ADDR_UPDATE_FLAG); （FLASH_ADDR_UPDATE_FLAG 是0x08030000的地址）
當flag = FLAG_TO_APP 則加載App程序，否則執行升級程序。在我的程序中通過串口來完成程序bin文件的傳輸,為了通信安全制定通信協議，串口接收分為兩種：
a. 指令的接收，長度為16個字節，協議示例為
test[16] = {55, aa, 01, 指令長度，命令碼，00,00，...00, 和校驗位}
和校驗位 = 0 - 前15字節的和，
b. 程序文件的接收，每包數據為(2048 + 6)個字節，示例為：
test[2054] = {55, aa, 01, 包號，命令碼，數據文件2048字節，和校驗位}之所以設置以上的通信協議就是為了保證數據傳輸的正確性。

• Boot程序的主函數
  

Boot程序的main函數里主要是讀取標志位flag根據flag的值來決定是加載現有的App程序還是運行自身的升級程序，在自身運行時會定時給上位機軟件發送BOOT準備完成的指令，告訴上位機我準備好了，并運行 ReceiveUsartData(); 根據串口中斷里的標志信息來完成對指令和程序文件的接收。
int main(void) { int flag = 3;int nCount = 0;delay_init(); uart_init(115200);LED_Init();TIM3_Init(99, 719); //10ms定時flag = STMFLASH_ReadHalfWord(FLASH_ADDR_UPDATE_FLAG); //讀取標志位while(1){ //FLASH_EraseAllPages(); //僅在擦除所有FLASH時打開if(flag == FLAG_TO_APP){Iap_Load_App(FLASH_ADDR_APP);} else{ ReceiveUsartData(); //串口接收if(Flag10MS == 1) { Flag10MS = 0; nCount++;if(nCount == 10) //100ms{nCount = 0;USARTxSendRespondToServer(USART1, SERIAL_CODE_STM32_UPDATE_PREPAR_BOOT_OK); //不能發送過快否則會有臟數據LED0 = !LED0;} }}} }

• 串口初始化程序
  

??使用STM32的USART1，設置波特率為115200、8位數據長度、1個停止位、無校驗位，? ?? ???
??具體實現見源碼的uart_init()函數。

• 串口中斷服務程序 void?USART1_IRQHandler(void)
  

在串口中斷服務程序中主要是接收上位機升級軟件發過來的數據，當UpdateFlag置1時為接收bin程序文件的數據，當UsartRxCodeCount 的計數等于每包傳輸的總字節數USART_RECEIVE_CODE_DATA_SIZE時，置接收完成標志位UsartReceiveFlag = 1并且置NextPageFlag = 1 跳出中斷去ReceiveUsartData()處理,把接收到的數據存儲在FLASH的指定位置，不斷循環直到文件全部接收完成。升級指令的接收方法 相同，詳見代碼。
??（ note：在中斷服務函數里，盡量不要做其他的操作，只設定標志位，具體的操作去外面的函數執行。 ）

• 重新加載代碼的程序
  

為了實現Boot和App程序之間跳轉，則必須在升級完成之后重新加載新的程序文件,其中涉及到在C語言里內嵌匯編語言，代碼如下：
void MSR_MSP(u32 addr) {//asm("MSR MSP, r0"); //使用Keil內嵌匯編時使用這兩句//asm("BX r14");__ASM("msr msp, r0"); //set Main Stack value 將主堆棧地址保存到MSP寄存器(R13)中__ASM("bx lr"); //跳轉到lr中存放的地址處。bx是強制跳轉指令 lr是連接寄存器，是STM32單片機的R14 }typedef void (*IapFun)(void); //定義一個函數類型的參數 IapFun JumpToApp; //跳轉到應用程序 AppAddr:用戶代碼起始地址. void Iap_Load_App(u32 AppAddr) {if(((*(vu32*)AppAddr)&0x2FFE0000)==0x20000000) //檢查棧頂地址是否合法.{ JumpToApp = (IapFun)*(vu32*)(AppAddr+4); //用戶代碼區第二個字為程序開始地址(新程序復位地址) MSR_MSP(*(vu32*)AppAddr); //初始化APP堆棧指針(用戶代碼區的第一個字用于存放棧頂地址)JumpToApp(); //設置PC指針為新程序復位中斷函數的地址，往下執行} } 首先 if(((*(vu32*)AppAddr)&0x2FFE0000)==0x20000000) 的作用是檢查棧頂地址是否合法，(*(vu32*)AppAddr)是去除用戶程序首地 址里面的數據，而這個數據就是用戶代碼的堆棧地址，而堆棧地址指向RAM，RAM的起始地址是0x20000000，因此可以用上免得語句判斷用 戶的堆棧地址是否合法。 當判斷棧頂地址合法之后取出新的復位中斷函數的地址即(vu32*)(AppAddr+4)，并把它賦值給函數指針JumpToApp，然后調用 MSR_MSP()函數把主堆棧指針賦值給MSP寄存器，最后調用JumpToApp();來執行新的程序。
? ?（這里涉及到函數指針的知識，一定要理解函數名本身就是該函數的入口地址，它的實質是一個地址。）
上面涉及到嵌入匯編的知識，可能講解不是很透徹感興趣的朋友可以參考《Cortex-M3 權威指南》獲取更多的了解。

• 中斷向量表的設置和起始地址的設置（IAR軟件）
  

??在IAR軟件中設置程序的中斷向量表和程序的入口地址的方法如下：
1. 打開工程，在工程名STM32_BOOT_v1.0上右鍵--Options

2. 選擇Linker--Edit.

3.? 設置中斷向量表的地址 Vector Table ?和? Memory Regions的值


6. App程序的編寫
App程序相對簡單，它主要包含兩部分，一是程序要實現的主體功能(比如點亮LED)，主要是你想讓App做什么就實現什么；二是通過串口來查詢升級指令，當收到升級的命令后要在FLASH_ADDR_UPDATE_FLAG 的地址處寫入FLAG_TO_BOOT的標志位，并且調用 Iap_Load_App()l 加載運行BootLoader的程序來完成升級，詳細請看源碼。
對于App程序的要設置其中斷向量表的偏移通過語句 SCB->VTOR = FLASH_BASE | FLASH_VTOR_OFFSET;來實現，FLASH_VTOR_OFFSET這個變量在程序中是 #define FLASH_VTOR_OFFSET??((uint32_t) 0x10000 ) 因為我們的App程序存儲地址是 0x08010000 相對于 0x08000000 來說偏移量即為 0x10000， 而且在程序編譯時要設置 Vector Table ?和? Memory Regions的值為 0x08010000

7. bin文件的轉換
升級程序時編譯出的程序文件最好選用bin格式的文件，因為bin文件比hex文件要小的多從而占用的FLASH更小，這是比較主觀的優點，使用IAR軟件編譯時可以通過對軟件的設置來輸出bin格式的可執行文件，設置如下：
a. 打開工程的Options選項卡選擇選擇Output Converter


? ? b. 在Output format選項中選擇 binary格式，同時把Override default輸出文件的后綴改為.bin，這樣在相應的工程目錄下(我的是 STM32_App\Project\EWARM5\Debug\Exe) 路徑下就可以找到編譯輸出的bin格式的可執行文件了。
8. 上位機升級軟件的簡介
? ?我的上位機升級軟件是使用C++寫的，具體編碼不做介紹了，想了解的朋友可以參考源碼。對話框界面如下：

首先設置 端口號 和 波特率 ，然后連接串口，連接成功之后，點擊“選擇要升級的文件”來實現升級。

升級完成之后會提示“升級完成”。

? ??? 到此我的IAP實現介紹完成，如果大家有什么問題或者我的程序中大家發現了什么bug可以提出來一起探討,希望以上內容會對大家學習STM32有所幫助。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的STM32实现IAP功能之一的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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