STM32 之八在线升级（IAP）超详细图解及需要注意的问题解决

╰半橙微兮° 2022-04-18 01:50 873阅读 0赞

# IAP 是啥 #

IAP（ In Application Programming）即在应用编程，也就是用户可以使用自己的程序对MCU的中的运行程序进行更新，而无需借助于外部烧写器。其实ST官网也给出了IAP的示例程序，感兴趣的可以直接去官网搜索。  
  这里有一点需要特殊注意，就是在MCU中，有一个特殊区域被称为 ***System memory***。在这块区域中存放了ST公司自己的 bootloader 程序，它是在MCU出厂时，有ST固化到芯片中的，后续不能再更改。其中的 bootloader 程序也可以对MCU进行升级（DFU对芯片的编程应该就是用的这个Bootloader）。而且，芯片不同，BootLoader的功能也是有区别的。ST官网对于这些也是有详细文档的，后续再写篇文章介绍这一块。下图为部分芯片BootLoader版本及功能  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L1pDU2hvdUNTRE4_size_16_color_FFFFFF_t_70]

# STM32 MCU启动配置 #

要实现IAP，首先要了解一下MCU是如何启动的。这一点在芯片的参考手册中都有详细的说明，不同的芯片手册所在位置可能不同，但是一般在第二章会有单独一节叫**Boot configuration**。如下图：  
![BootConfig][]  
主要就是说，启动是通过管脚BOOT0和BOOT1的连接方式来控制的。这个是在硬件设计阶段设计好的。不同的配置决定了，MCU将何处映射到0x00000000。从这里又可以看到一点，MCU眼里只有0x00000000。至于为啥可以从Flash（0x08000000）启动，就是因为MCU内部做了映射。从其他位置启动时同理。

# IAP 实现 #

要实现IAP，则整个程序实现分为大程序（APP）和小程序（IAP）两部分。其中，APP主要接收升级数据并存储，IAP处理擦除APP，并重新写入升级数据。此外，IAP还应该可以独立接收升级数据的情况。***但是，由于Cortex-M0核是没有中断向量表偏移寄存器的，这就导致了在Cortex-M0核的MCU上实现在线升级比较麻烦***。在实际产品中，整个程序的基本组成结构：  
![FlashUsage][]  
实际的IAP流程如下：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L1pDU2hvdUNTRE4_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]  
就是这么简单！

> 注意：  
> （1）与 Cortex-M3 和 Cortex-M4 不同，Cortex-M0 没有中断向量表偏移寄存器（VTOR寄存器）  
> （2）Cortex-M3 r2p0 及其之前版本，中断向量表只能位于SRAM或者CODE区域，但是Cortex-M3 r2p1及之后，Cortex-M4 没有该限制！  
> （3）MCU根据Boot引脚配置将指定地址映射为0x地址！

# IAP 启动 #

启动网上有很多文章介绍，但是或多或少不是很完善，我只做了一张相对来说比较详细的图，如下：  
![Startup][]  
  Cortex-M内核规定，中断向量表开始的4个字节存放的是堆栈栈顶的地址，其后是中断向量表各中断服务程序的地址。当发生中断后程序通过查找该表得到相应的中断服务程序入口地址，然后再跳到相应的中断服务程序中执行，中断服务程序中最终调用用户实现的各函数。例如：main函数就是复位中断服务函数中调用的！  
  在没有IAP时，上电后从0x08000004处取出复位中断向量的地址，然后跳转到复位中断程序的入口(标号①所示)，执行结束后跳转到main函数中(标号②所示)。通常main函数是个死循环，不会退出。在执行main函数的过程中发生中断，则STM32强制将PC指针指回中断向量表处(标号④所示)，从中断向量表中找到相应的中断函数入口地址，跳转到相应的中断服务函数(标号⑤所示)，执行完中断函数后再返回到main函数中来(标号⑥所示)。  
  在添加IAP后，上电后仍然从0x08000004处取出复位中断向量的地址，然后跳转到复位中断程序的入口(标号①所示)，执行结束后跳转到小程序的main函数中(标号②所示)。在执行小程序main函数的过程中发生中断，则STM32强制将PC指针指回中断向量表处(标号④所示)，从中断向量表中找到相应的中断函数入口地址，跳转到相应的中断服务函数(标号⑤所示)，执行完中断函数后再返回到main函数中来(标号⑥所示)。而想要大程序执行，则必须在小程序中显示强制跳转（标号⑦）。  
  在大程序的main函数的执行过程中，如果CPU得到一个中断请求，由于我们设置了中断向量表偏移量为N+M，因此PC指针被强制跳转到0x08000004+N+M处的中断向量表中得到相应的中断函数地址，再跳转到相应新的中断服务函数，执行结束后返回到main函数中来。  
  需要注意的是，复位中断比较特殊。产生复位后，PC的值会被硬件强制置为0x08000004。因为，在发生复位后，负责中断向量偏移的寄存器VTOR变为了0，因此，复位后的中断就变为了0x08000004。而其他中断发生时，VTOR为已经设置好的终端向量表偏移。

# 程序实现 #

有了上面的介绍，实现就比较简单了！其实我有设计了一套适用于全部STM32芯片的IAP模板，但是属于公司产品，不方便对外公布！简单说几个重点：

1.  使用 **分散加载文件** 实现起来会比较方便
2.  对于没有中断向量表偏移寄存器的MCU（主要是Cortex-M0核），一般采用将中断向量表复制到指定位置的内存中的方式实现：
    
    1.  使用分散加载文件在内存中指定一块区域：
    
        #if (defined ( __CC_ARM ))
        	  __IO uint32_t VectorTable[48] __attribute__((section("SECTION_APP_VECTOR")));
        	#elif (defined (__ICCARM__))
        	#pragma location = 0x20000000
        	  __no_init __IO uint32_t VectorTable[48];
        	#elif defined ( __GNUC__ )
        	  __IO uint32_t VectorTable[48] __attribute__((section(".RAMVectorTable")));
        	#elif defined ( __TASKING__ )
        	  __IO uint32_t VectorTable[48] __at(0x20000000);
        	#endif
    
    1.  将APP的终端向量表复制到以上位置，设置中断向量表重映射
    
        static void SetVectorTable(void)
        { 
        	int i;
        
        	/*!< At this stage the microcontroller clock setting is already configured, this is done through SystemInit() function which is called from startup file (startup_stm32f0xx.s) before to branch to application main. To reconfigure the default setting of SystemInit() function, refer to system_stm32f0xx.c file */ 
        
        	/* Relocate by software the vector table to the internal SRAM at 0x20000000 ***/  
        	/* Copy the vector table from the Flash (mapped at the base of the application load address 0x08003000) to the base address of the SRAM at 0x20000000. */
        	for(i = 0; i < 48; i++)
        	{ 
        		VectorTable[i] = *(__IO uint32_t*)(APP_SPACE_ADDR + (i<<2));
        	}
        
        	/* Enable the SYSCFG peripheral clock */
        	RCC_APB2PeriphResetCmd(RCC_APB2Periph_SYSCFG, ENABLE);	/* 注意：ST官方例程使用 RCC_APB2PeriphResetCmd是不对的 */
        	/* Remap SRAM at 0x00000000 */
        	SYSCFG_MemoryRemapConfig(SYSCFG_MemoryRemap_SRAM);
        }
3.  在由 IAP 跳转到 APP 时，***一定注意把 IAP 中开启的外设全部关闭，否则在刚进入 APP中时，如果产生中断将导致死机等问题。*** 包括 SysTic 中断！！！包括 SysTic 中断！！！包括 SysTic 中断！！！这里可以做测试：
    
    1.  测试一：IAP 中开启串口，然后用上位机不停的发送数据，在发送数据过程中执行 IAP 跳转 APP
    2.  将 SysTick 中断 配置时间很短（微秒级别），当程序跳转到 APP 后，会出现 先产生 SysTick 中断，然后才会到 main 函数。此时如果 SysTick 中断中有相关代码，将导致出现错误！
4.  STM32 的 back SRAM 在 IAP 中和 APP 中都初始化时，将导致 APP中的初始化不起作用。如果 IAP 中有使用，则在跳转 APP前必须反初始化。

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[BootConfig]: /images/20220418/88c6c568b3b14be6883d641b52eeada1.png
[FlashUsage]: /images/20220418/2374797dcbae4098af8b46a5fe422eff.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L1pDU2hvdUNTRE4_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]: /images/20220418/d2467cdc42db4537a8aa3c8209a72c6f.png
[Startup]: /images/20220418/e0573f57ad3243f9a68657124d80c8a9.png