STM32固件IAP升级实战

硬件：stm32f103cbt6 软件：STM32F10x_StdPeriph_Lib_V3.5.0

1 预备知识
2 Bootloader

• 2.1 启动流程

• 2.2 校验跳转地址是否有效

• 2.3 Keil 工程 IAP 的相关设置

3 Application

• 3.1 启动流程

• 3.2 IAP 中的引导部分

• 3.3 关于 VTOR

• 3.4 Keil 工程设置

4 附件

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；

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；

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：

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；

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；

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；

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

copy_firmware.bat

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(' rn 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；