基于STM32实现OTA&BootLoader 第四章——三分区形式BootLoader程序设计
本文详细介绍了STM32单片机基于三分区架构的BootLoader设计与实现方案。主要内容包括：1）将Flash划分为BootLoader区（B区）和两个应用分区（A1、A2区），实现程序冗余备份；2）设计OTA升级流程，通过标志位管理实现安全升级和回滚机制；3）实现串口IAP功能，采用Xmodem协议进行程序传输和CRC校验；4）通过向量表重定位技术实现分区跳转。系统支持本地串口升级和远程OTA
一、三分区形式的规划
1、重新规划Flash分区
在AB分区的基础之上，将A区划分为A1区和A2区两块大小相同的区域，它们都是用于存放应用功能程序的
2、程序下载方式
（1）在一些项目中，出于降本的考虑，可能不会配置外部Flash存储程序，这就意味着下载程序的任务要交给BootLoader，BootLoader在接收到程序段数据时要直接将其写入A1区或者A2区（A1区和A2区也可以“互刷”，但比较常用的还是BootLoader统一刷写）。
（2）一般地，产品下线时单片机只有一个应用功能程序，假设存储在A1区中，后续如果有OTA更新，BootLoader需要将新版本程序下载到A2区中，如果升级成功，则切换BootLoader跳转的分区，如果升级失败，则不切换，这样就能保证，即使程序升级失败，在没有外部Flash的情况下也不会使得单片机没有可用的应用功能程序。
3、APP Flag和OTA Flag
（1）需要设置OTA Flag和APP Flag用于标记是否有OTA事件以及当前运行的应用程序（A1/A2），它们需要存储在EPPROM中，一旦有更新，EPPROM中的Flag也要同步更新，以保证标志位不会被异常重置。
（2）OTA Flag的工作流：
①当OTA事件发生时，应用功能程序调用NVIC_SystemReset函数重启单片机，单片机进入BootLoader后，控制通信模块连接服务器（本章暂时先用串口通信实现），将新版本程序下载至Flash中。
②当下载完成后，BootLoader清除OTA Flag，并重启单片机，然后BootLoader判断无OTA事件需要处理，将指令指针跳转至当前运行的应用程序（A1/A2）。
（3）APP Flag的工作流：
①运行BootLoader程序时，如果判断OTA Flag有被置位，则根据APP Flag判断当前运行的应用程序是A1区程序还是A2区程序：
[1]如果当前运行程序是A1区程序，则对A2区程序进行升级；如果升级成功，APP Flag指向A2区程序，然后重启单片机；如果升级失败，APP Flag保持指向A1区程序，然后重启单片机。
[2]如果当前运行程序是A2区程序，则对A1区程序进行升级；如果升级成功，APP Flag指向A1区程序，然后重启单片机；如果升级失败，APP Flag保持指向A2区程序，然后重启单片机。
②运行BootLoader程序时，如果判断OTA Flag没有被置位，则根据APP Flag判断当前运行的应用程序是A1区程序还是A2区程序：
[1]如果当前运行程序是A1区程序，则跳转至A1区，运行A1区的应用功能程序。
[2]如果当前运行程序是A2区程序，则跳转至A2区，运行A2区的应用功能程序。
二、分区跳转功能实现
1、规划三分区参数
（1）重新对Flash的空间做规划，B区占用20KB（0~19号扇区），A1区占用22KB（20~41号扇区），A2区占用22KB（42~63号扇区）。
（2）拷贝一份第三章的工程，清除原本main.h文件、main.c文件、Boot.h文件和Boot.c文件中的函数定义、变量定义和宏定义。
（3）在main.h文件中添加用于存放BootLoader相关及其它的比较重要的宏定义等内容。
#define STM32_FLASH_SADDR 0x08000000 //FLASH程序区起始地址
#define STM32_PAGE_SIZE 1024 //FLASH一个扇区的字节数
#define STM32_PAGE_NUM 64 //FLASH的扇区数（页数）
#define STM32_B_PAGE_NUM 20 //B区所占页数
#define STM32_A1_PAGE_NUM ((STM32_PAGE_NUM - STM32_B_PAGE_NUM)/2) //A1区所占页数
#define STM32_A1_STAET_PAGE STM32_B_PAGE_NUM //A1区第一个扇区的编号
#define STM32_A1_SADDR STM32_FLASH_SADDR + STM32_A1_STAET_PAGE * STM32_PAGE_SIZE //A1区起始地址
#define STM32_A2_PAGE_NUM ((STM32_PAGE_NUM - STM32_B_PAGE_NUM)/2) //A2区所占页数
#define STM32_A2_STAET_PAGE STM32_B_PAGE_NUM + STM32_A1_PAGE_NUM //A2区第一个扇区的编号
#define STM32_A2_SADDR STM32_A1_SADDR + (STM32_A2_STAET_PAGE - STM32_A1_STAET_PAGE) * STM32_PAGE_SIZE //A2区起始地址
2、OTA Flag的定义、读取及判定
（1）OTA Flag的定义：
①在main.h文件中定义OTA相关信息结构体，其中包含成员OTA Flag。
#define OTA_SET_FLAG 0xAABB1122 //FLAG为该值时代表OTA Flag置位
typedef struct{
uint32_t OTA_Flag; //OTA Flag
uint8_t OTA_ver[32]; //版本号
}OTA_InfoCB;
extern OTA_InfoCB OTA_Info;②在main.c文件中定义OTA相关信息结构体变量。
OTA_InfoCB OTA_Info;（2）OTA相关信息结构体的读取在AT24C02.c文件已实现对应的函数，本工程可继续沿用。
（3）在Boot.c文件编写判定OTA Flag的逻辑，并在Boot.h文件中声明函数。
①Boot.c文件：
#include "stm32f10x.h" // Device header
#include "main.h"
#include "Serial.h"
#include "Boot.h"
void BootLoader_Branch(void)
{
if(OTA_Info.OTA_Flag == OTA_SET_FLAG)
{
Serial_Printf("OTA更新\r\n");
}
else
{
Serial_Printf("跳转A分区\r\n");
}
}②Boot.h文件：
#ifndef __BOOT_H
#define __BOOT_H
void BootLoader_Branch(void);
#endif3、BOOT Flag的定义、读取及判定
（1）BOOT Flag的定义：
①在main.h文件中定义BOOT相关信息结构体，其中包含成员BOOT Flag。
#define BOOT_A1_FLAG 0x00000001 //BOOT Flag为该值时代表A1区为当前运行程序
#define BOOT_A2_FLAG 0x00000002 //BOOT Flag为该值时代表A2区为当前运行程序
typedef struct{
uint32_t BOOT_Flag; //BOOT Flag
}BOOT_InfoCB;
extern BOOT_InfoCB BOOT_Info;②在main.c文件中定义BOOT相关信息结构体变量。
BOOT_InfoCB BOOT_Info;（2）在AT24C02.c文件中增加读取BOOT相关信息结构体的函数，并在AT24C02.h文件中声明。BOOT相关信息结构体存储在AT24C02地址为0x60的地方。
①AT24C02.c文件增加内容：（使用memset函数需包含string.h文件）
void AT24C02_ReadBOOTInfo(void)
{
memset(&BOOT_Info, 0, sizeof(OTA_InfoCB)); //将BOOT_Info整块内存空间清零
AT24C02_ReadData(0x60, (uint8_t *)&BOOT_Info, sizeof(BOOT_InfoCB)); //读出BOOT_Info内容
}②AT24C02.h文件增加内容：
void AT24C02_ReadBOOTInfo(void);（3）在Boot.c文件的BootLoader_Branch函数中增加判定BOOT Flag的逻辑。
void BootLoader_Branch(void){
if(OTA_Info.OTA_Flag == OTA_SET_FLAG)
Serial_Printf("OTA更新\r\n");
else
{
if(BOOT_Info.BOOT_Flag == BOOT_A1_FLAG)
Serial_Printf("跳转A1分区\r\n");
else
Serial_Printf("跳转A2分区\r\n");
}
}4、无OTA事件时的分区跳转实现
（1）在Boot.c文件中封装函数，负责初始化跳转A区后的SP指针。
__asm void MSR_SP(uint32_t addr)
{
MSR MSP, r0
BX r14 //主调函数返回，相当于return语句
}
//进入该函数后，函数的第一个形参addr会存在通用寄存器R0中，汇编指令仅支持访问寄存器，不支持访问变量（2）编写将使用过的外设恢复为默认状态的函数。
①在Boot.c文件中定义外设恢复默认状态函数。
void BootLoader_Clear(void)
{
USART_DeInit(USART1);
GPIO_DeInit(GPIOA);
GPIO_DeInit(GPIOB);
}②在Boot.h文件中声明刚刚定义的函数。
void BootLoader_Clear(void);（3）由于无法直接修改PC寄存器的值，需要定义一个指向函数的指针，指针指向A区程序的复位向量，调用该函数指针，就相当于调用A区的复位中断服务函数，从而间接修改PC寄存器的值为A区复位中断服务函数的入口地址。
①在Boot.c文件中定义函数指针并封装函数，负责初始化跳转A区后的SP指针和PC指针，SP指针的值通过函数参数传入，跳转A1区则传入A1区首地址，跳转A2区则传入A2区首地址。
load_a load_A; //函数指针
void LOAD_A(uint32_t addr)
{
/* 先判断addr索引得到的__initial_sp是否在RAM的地址范围中，是则对SP指针和PC指针赋初始值 */
if((*(uint32_t *)addr >= 0x20000000)&&((*(uint32_t *)addr <= 0x20004FFF)))
{
MSR_SP(*(uint32_t *)addr); //对SP指针赋初始值
load_A = (load_a)(*(uint32_t *)(addr + 4)); //取出复位中断服务函数的地址
BootLoader_Clear(); //恢复外设默认状态
load_A(); //直接访问复位中断服务函数，修改PC指针
}
}②在Boot.h文件中重命名void类型的函数指针，并声明刚刚定义的函数。
typedef void (*load_a)(void);
__asm void MSR_SP(uint32_t addr);
void LOAD_A(uint32_t addr);③更新BootLoader_Branch函数，判断无OTA事件时，调用跳转A分区的子函数，并根据BOOT Flag判断跳转的目的地是A1区还是A2区。
void BootLoader_Branch(void){
if(OTA_Info.OTA_Flag == OTA_SET_FLAG)
{
Serial_Printf("OTA更新\r\n");
}
else
{
if(BOOT_Info.BOOT_Flag == BOOT_A1_FLAG)
{
Serial_Printf("跳转A1分区\r\n");
LOAD_A(STM32_A1_SADDR);
}
else
{
Serial_Printf("跳转A2分区\r\n");
LOAD_A(STM32_A2_SADDR);
}
}
}5、BOOT Flag的更新
（1）在AT24C02.c文件中增加写入BOOT相关信息结构体的函数，BOOT信息相关结构体存储在AT24C02地址为0x60的地方。
void AT24C02_WriteBOOTInfo(void)
{
uint8_t *wptr; //指向需写入的字节数据
wptr = (uint8_t *)&BOOT_Info; //指向OTA_Info结构体中的首字节数据
for(uint8_t i = 0;i < sizeof(OTA_InfoCB)/8;i++) //按页写入W25Q64
{
AT24C02_WritePage(0x60 + i * 8, wptr + i * 8);
Delay_ms(5);
}
}（2）在AT24C02.h文件中声明写入BOOT相关信息结构体的函数。
void AT24C02_WriteBOOTInfo(void);6、功能开发阶段性调试
（1）在main.c文件中添加如下调试代码。
#include "stm32f10x.h" // Device header
#include "Serial.h"
#include "MyDMA.h"
#include "Delay.h"
#include "MyI2C.h"
#include "AT24C02.h"
#include "MyFLASH.h"
#include "main.h"
#include "Boot.h"
OTA_InfoCB OTA_Info;
BOOT_InfoCB BOOT_Info;
int main(void)
{
/*串口模块初始化*/
Serial_Init();
U0Rx_PtrInit();
MyDMA_Init();
/*AT24C02模块初始化*/
MyI2C_Init();
BOOT_Info.BOOT_Flag = BOOT_A2_FLAG; //可更换为BOOT_A1_FLAG尝试
AT24C02_WriteBOOTInfo(); //写入BOOT Flag
AT24C02_ReadOTAInfo(); //读取OTA Flag
AT24C02_ReadBOOTInfo(); //读取BOOT Flag
BootLoader_Branch();
while (1)
{
}
}（2）本章构建的工程是B分区的程序，A1分区和A2分区的程序需要另外准备。
①选择一个古早开发的成熟工程，按照下图所示将起始地址更改为0x08005000。
②将向量表偏移字段（相对于Flash起始地址的差值）由0x0更改为0x5000。
③再选择一个古早开发的成熟工程，按照下图所示将起始地址更改为0x0800A800。
④将向量表偏移字段（相对于Flash起始地址的差值）由0x0更改为0xA800。
（3）依次将A2分区程序、A1分区程序和B分区程序下载到单片机中，理想情况下，串口助手输出“跳转A2分区”字样，A2分区程序随后开始运行。
三、程序更新功能实现
1、通过串口命令进入程序升级流程
（1）在单片机上电后，约定一个时间段，在时间段内，如果上位机通过串口发出特定的命令，则进入程序更新流程，否则直接判断是否有OTA更新事件。
（2）在Boot.c文件中修改BootLoader_Branch函数，增加根据上位机指令判断是否不需要进入串口程序升级流程的逻辑。
#include "Delay.h"
void BootLoader_Branch(void){
if(BootLoader_Enter(20)== 0){ //判断是否不需要进入串口程序升级流程
if(OTA_Info.OTA_Flag == OTA_SET_FLAG){
Serial_Printf("OTA更新\r\n");
}
else{
if(BOOT_Info.BOOT_Flag == BOOT_A1_FLAG){
Serial_Printf("跳转A1分区\r\n");
LOAD_A(STM32_A1_SADDR);
}
else{
Serial_Printf("跳转A2分区\r\n");
LOAD_A(STM32_A2_SADDR);
}
}
}
else{
Serial_Printf("进入程序升级流程，请请添加bin格式文件\r\n");
}
}
uint8_t BootLoader_Enter(uint8_t timeout)
{
Serial_Printf("%dms内输入小写字母“w”，则进入程序升级流程\r\n",timeout*100);
while(timeout--) //如果形参timeout初始值为20，则2000ms内等待上位机指令
{
Delay_ms(100);
if(U0_RxBuff[0] == 'w')
return 1; //返回1，表示进入命令行
}
return 0; //返回0，表示不进入命令行
}2、串口IAP下载A区程序功能
（1）因为接下来会使用Xmdoem协议，所以后续的实验需要借助比较高级的“串口助手”SecureCRT，打开SecureCRT后，配置如下图所示的快速连接（端口需要选择与STM32连接的端口），然后点击“连接”即可。
（2）Xmdoem协议中CRC数据校验的实现：
①在Boot.c文件中添加CRC校验函数实现。
uint16_t Xmodem_CRC16(uint8_t *data, uint16_t datalen){
uint8_t i;
uint16_t Crcinit = 0x0000; //初始值
uint16_t Crcipoly = 0x1021; //生成多项式
while(datalen--){
Crcinit = (*data << 8) ^ Crcinit;
for(i = 0;i < 8;i++){
if(Crcinit & 0x8000)
Crcinit = (Crcinit << 1) ^ Crcipoly;
else
Crcinit = (Crcinit << 1);
}
data++;
}
return Crcinit;
}②在Boot.h文件中添加CRC校验函数声明。
uint16_t Xmodem_CRC16(uint8_t *data, uint16_t datalen);（3）Xmdoem协议中发送字符C的实现：
①在main.h文件中定义UpDataA_CB结构体，其中Updatabuff用于缓存串口接收的程序段数据。
typedef struct{
uint8_t Updatabuff[STM32_PAGE_SIZE];
uint32_t XmodemTimer; //字符C发送间隔
uint32_t XmodemNB; //当前接收的数据包个数
uint32_t XmodemCRC; //接收数据包的CRC校验码
}UpDataA_CB;
extern UpDataA_CB UpDataA;②在main.h文件中添加宏定义，指示Xmodem协议中发送字符C事件和本地串口程序更新事件，并定义状态变量BootStatus。
#define IAP_XMODEMC_FLAG 0x00000001 //Xmodem协议中发送字符C事件标志
#define IAP_USARTLOAD_FLAG 0x00000002 //本地串口程序更新事件
extern uint32_t BootStatus;③在main.c文件中定义UpDataA_CB结构体和状态变量BootStatus。
UpDataA_CB UpDataA;
uint32_t BootStatus;④更新Boot.c文件中的BootLoader_Branch函数，进入程序升级流程的分支后，根据BOOTFlag判断需要更新的是A1区还是A2区，先擦除该区程序，然后置位BootStatus的IAP_XMODEMC_FLAG标志，表示有发送字符C事件等待处理，再置位BootStatus的IAP_USARTLOAD_FLAG标志，表示有本地串口程序更新事件等待处理，再同时重置Xmdoem计时器和接收数据包个数。
void BootLoader_Branch(void){
if(BootLoader_Enter(20)== 0) //判断是否不需要进入命令行
{
if(OTA_Info.OTA_Flag == OTA_SET_FLAG){
Serial_Printf("OTA更新\r\n");
}
else{
if(BOOT_Info.BOOT_Flag == BOOT_A1_FLAG){
Serial_Printf("跳转A1分区\r\n");
LOAD_A(STM32_A1_SADDR);
}
else{
Serial_Printf("跳转A2分区\r\n");
LOAD_A(STM32_A2_SADDR);
}
}
}
else{
Serial_Printf("进入程序升级流程\r\n");
if(BOOT_Info.BOOT_Flag == BOOT_A1_FLAG){
Serial_Printf("开始擦除A2区\r\n");
MyFLASH_EraseFlash(STM32_A2_STAET_PAGE, STM32_A2_PAGE_NUM); //擦除Flash的A2区
}
else{
Serial_Printf("开始擦除A1区\r\n");
MyFLASH_EraseFlash(STM32_A1_STAET_PAGE, STM32_A1_PAGE_NUM); //擦除Flash的A1区
}
Serial_Printf("擦除完成，请添加bin格式文件\r\n");
BootStatus |= IAP_XMODEMC_FLAG; //置位BootStatus的IAP_XMODEMC_FLAG标志，表示有发送字符C事件等待处理
BootStatus |= IAP_USARTLOAD_FLAG; //置位BootStatus的IAP_USARTLOAD_FLAG标志，表示有本地串口程序更新事件等待处理
UpDataA.XmodemTimer = 0; //重置XmodemTimer计时器
UpDataA.XmodemNB = 0; //接收数据包个数重置为0
}
}⑤更新主函数，增加字符C事件的处理逻辑。
int main(void)
{
/*串口模块初始化*/
Serial_Init();
U0Rx_PtrInit();
MyDMA_Init();
/*AT24C02模块初始化*/
MyI2C_Init();
AT24C02_ReadOTAInfo(); //读取OTA Flag
AT24C02_ReadBOOTInfo(); //读取BOOT Flag
BootLoader_Branch();
while (1)
{
Delay_ms(10);
if(BootStatus & IAP_XMODEMC_FLAG){ //判断是否有发送字符C事件未处理
if(UpDataA.XmodemTimer >= 100){ //判断计时时间是否达到1s
Serial_Printf("C"); //发送字符C
UpDataA.XmodemTimer = 0; //重置XmodemTimer
}
else{
UpDataA.XmodemTimer++; //XmodemTimer递增计时
}
}
}
}（4）接收方Xmdoem协议实现：
①在Boot.c文件中增加BootLoader_Event函数，实现接收程序段数据事件的处理逻辑，在实现Xmodem协议接收数据的同时，将程序“分片式”地写入A区，具体是A1区还是A2区，根据BOOT Flag判断，完成刷写后，修改BOOT Flag并重启单片机。
#include <string.h>
void BootLoader_Event(uint8_t *data, uint16_t datalen){
uint32_t StartAddress;
if(BOOT_Info.BOOT_Flag == BOOT_A1_FLAG) StartAddress = STM32_A2_SADDR;
else StartAddress = STM32_A1_SADDR;
if(BootStatus & IAP_USARTLOAD_FLAG){ //判断是否有本地串口程序更新事件未处理
if((datalen == 133) && (data[0] == 0x01)){ //判断数据包是否合法
BootStatus &= ~IAP_XMODEMC_FLAG; //清除发送字符C事件标志
UpDataA.XmodemCRC = Xmodem_CRC16(&data[3], 128); //计算CRC校验码
if(UpDataA.XmodemCRC == data[131]* 256 + data[132]){
Serial_Printf("\x06"); //通过CRC校验，发送ACK
UpDataA.XmodemNB++; //接收数据包数加1
memcpy(&UpDataA.Updatabuff[(UpDataA.XmodemNB - 1)%(STM32_PAGE_SIZE/128)* 128],&data[3], 128); //接收的有效数据拷贝至缓冲区
if((UpDataA.XmodemNB%(STM32_PAGE_SIZE/128))== 0){
MyFLASH_WriteFlash(StartAddress + (UpDataA.XmodemNB/(STM32_PAGE_SIZE/128) - 1) * STM32_PAGE_SIZE, (uint32_t*)UpDataA.Updatabuff,STM32_PAGE_SIZE);
}
}
else{
Serial_Printf("\x15"); //未通过CRC校验，发送NAK
}
}
if((datalen == 1) && (data[0] == 0x04)){ //判断接收的内容是否为EOT
Serial_Printf("\x06"); //发送ACK
if((UpDataA.XmodemNB%(STM32_PAGE_SIZE/128))!= 0){ //判断是否有剩余不足够1KB的数据未写入A区
MyFLASH_WriteFlash(StartAddress + (UpDataA.XmodemNB/(STM32_PAGE_SIZE/128)) * STM32_PAGE_SIZE, (uint32_t*)UpDataA.Updatabuff,(UpDataA.XmodemNB%(STM32_PAGE_SIZE/128))*128);
}
BootStatus &= ~IAP_USARTLOAD_FLAG; //清除本地串口程序更新事件标志
if(BOOT_Info.BOOT_Flag == BOOT_A1_FLAG){
BOOT_Info.BOOT_Flag = BOOT_A2_FLAG; //当前运行程序更新为A2区程序
AT24C02_WriteBOOTInfo(); //写入BOOT Flag
}
else{
BOOT_Info.BOOT_Flag = BOOT_A1_FLAG; //当前运行程序更新为A1区程序
AT24C02_WriteBOOTInfo(); //写入BOOT Flag
}
Delay_ms(100);
NVIC_SystemReset(); //重启单片机
}
}
}3、配置VTOR实现向量表重定位
（1）在STM32中，中断向量表的位置是由VTOR（向量表偏移寄存器）控制的。要让同一个应用功能程序在A1、A2分区中都能正确找到中断向量表的位置，需要在BootLoader跳转前，根据应用功能程序实际运行的地址，动态设置VTOR。
（2）更新Boot.c文件中的BootLoader_Branch函数，在跳转A分区前，根据BOOT Flag动态设置VTOR。
void BootLoader_Branch(void){
if(BootLoader_Enter(20)== 0){ //判断是否不需要进入命令行
if(OTA_Info.OTA_Flag == OTA_SET_FLAG){
Serial_Printf("OTA更新\r\n");
}
else{
if(BOOT_Info.BOOT_Flag == BOOT_A1_FLAG){
Serial_Printf("跳转A1分区\r\n");
SCB->VTOR = STM32_A1_SADDR;//修改中断向量表首地址为A1区起始地址
LOAD_A(STM32_A1_SADDR);
}
else{
Serial_Printf("跳转A2分区\r\n");
SCB->VTOR = STM32_A2_SADDR;//修改中断向量表首地址为A2区起始地址
LOAD_A(STM32_A2_SADDR);
}
}
}
else{
Serial_Printf("进入程序升级流程\r\n");
if(BOOT_Info.BOOT_Flag == BOOT_A1_FLAG){
Serial_Printf("开始擦除A2区\r\n");
MyFLASH_EraseFlash(STM32_A2_STAET_PAGE, STM32_A2_PAGE_NUM);
}
else{
Serial_Printf("开始擦除A1区\r\n");
MyFLASH_EraseFlash(STM32_A1_STAET_PAGE, STM32_A1_PAGE_NUM);
}
Serial_Printf("擦除完成，请添加bin格式文件\r\n");
BootStatus |= IAP_XMODEMC_FLAG;
BootStatus |= IAP_USARTLOAD_FLAG;
UpDataA.XmodemTimer = 0; //重置XmodemTimer计时器
UpDataA.XmodemNB = 0; //接收数据包个数重置为0
}
}（3）由于VTOR统一由BootLoader设置，因此应用功能程序中的SystemInit函数不应再设置VTOR，需要将相关语句注释（特别需要注意，应用功能程序中引用宏定义VECT_TAB_OFFSET的地方，如果语句不得不保留，需要将VECT_TAB_OFFSET替换为变量，根据BOOT Flag确定当前所在分区首地址，该地址即为该变量的值）。
4、功能开发阶段性调试
（1）打开另一个成熟的古早工程，按照下图所示配置，其中指示处输入的命令如下。
D:\Keil(MDK)\ARM\ARMCC\bin\fromelf.exe --bin -o.\Objects\Project.bin .\Objects\Project.axf
需要注意的是，fromelf.exe文件是在Keil的安装目录下的，也就是说，需要参考Keil的安装路径，在该安装路径下找到fromelf.exe文件，再将“fromelf.exe”及其之前的路径替换为电脑中存放fromelf.exe文件的路径，另外文件夹Objects需要在项目文件夹中
还需要注意的是，Objects文件夹需要在工程文件夹中存在，Project.bin和Project.axf需与Keil工程同名
（2）打开“Create HEX File”选项，然后编译生成应用功能程序，在对应目录下找到bin文件。
（3）按照如下流程进行调试：
①重启单片机，先将BootLoader程序下载到单片机中。
②按照命令提示进入串口程序升级流程，等待单片机开始发送字符C，然后操作上位机，使用Xmodem协议传输应用功能程序bin文件。
③完成一次传输后，测试是否能跳转执行应用功能程序，然后复位单片机。
④重复步骤②和③。
四、关键代码概览
1、Boot.c文件
#include "stm32f10x.h" // Device header
#include "main.h"
#include "Boot.h"
#include "Serial.h"
#include "Delay.h"
#include "MyDMA.h"
#include "MyI2C.h"
#include "MyFLASH.h"
#include "AT24C02.h"
#include <string.h>
load_a load_A;
void BootLoader_Branch(void)
{
if(BootLoader_Enter(20)== 0) //判断是否不需要进入命令行
{
if(OTA_Info.OTA_Flag == OTA_SET_FLAG)
{
Serial_Printf("OTA更新\r\n");
}
else
{
if(BOOT_Info.BOOT_Flag == BOOT_A1_FLAG)
{
Serial_Printf("跳转A1分区\r\n");
SCB->VTOR = STM32_A1_SADDR; //修改中断向量表首地址为A1分区起始地址
LOAD_A(STM32_A1_SADDR);
}
else
{
Serial_Printf("跳转A2分区\r\n");
SCB->VTOR = STM32_A2_SADDR; //修改中断向量表首地址为A2分区起始地址
LOAD_A(STM32_A2_SADDR);
}
}
}
else
{
Serial_Printf("进入程序升级流程\r\n");
if(BOOT_Info.BOOT_Flag == BOOT_A1_FLAG)
{
Serial_Printf("开始擦除A2区\r\n");
MyFLASH_EraseFlash(STM32_A2_STAET_PAGE, STM32_A2_PAGE_NUM); //擦除Flash的A2区
}
else
{
Serial_Printf("开始擦除A1区\r\n");
MyFLASH_EraseFlash(STM32_A1_STAET_PAGE, STM32_A1_PAGE_NUM); //擦除Flash的A1区
}
Serial_Printf("擦除完成，请添加bin格式文件\r\n");
BootStatus |= IAP_XMODEMC_FLAG; //置位BootStatus的IAP_XMODEMC_FLAG标志，表示有发送字符C事件等待处理
BootStatus |= IAP_USARTLOAD_FLAG; //置位BootStatus的IAP_USARTLOAD_FLAG标志，表示有本地串口程序更新事件等待处理
UpDataA.XmodemTimer = 0; //重置XmodemTimer计时器
UpDataA.XmodemNB = 0; //接收数据包个数重置为0
}
}
uint8_t BootLoader_Enter(uint8_t timeout)
{
Serial_Printf("%dms内输入小写字母“w”，则进入程序升级流程\r\n",timeout*100);
while(timeout--) //如果形参timeout初始值为20，则2000ms内等待上位机指令
{
Delay_ms(100);
if(U0_RxBuff[0] == 'w')
{
return 1; //返回1，表示进入命令行
}
}
return 0; //返回0，表示不进入命令行
}
void BootLoader_Event(uint8_t *data, uint16_t datalen)
{
uint32_t StartAddress;
if(BOOT_Info.BOOT_Flag == BOOT_A1_FLAG)
{
StartAddress = STM32_A2_SADDR;
}
else
{
StartAddress = STM32_A1_SADDR;
}
if(BootStatus & IAP_USARTLOAD_FLAG){ //判断是否有本地串口程序更新事件未处理
if((datalen == 133) && (data[0] == 0x01)){ //判断数据包是否合法
BootStatus &= ~IAP_XMODEMC_FLAG; //清除发送字符C事件标志
UpDataA.XmodemCRC = Xmodem_CRC16(&data[3], 128); //根据接收数据计算CRC校验码
if(UpDataA.XmodemCRC == data[131]* 256 + data[132]){
Serial_Printf("\x06"); //通过CRC校验，发送ACK
UpDataA.XmodemNB++; //接收数据包数加1
memcpy(&UpDataA.Updatabuff[(UpDataA.XmodemNB - 1)%(STM32_PAGE_SIZE/128)* 128],&data[3], 128); //接收的有效数据拷贝至缓冲区
if((UpDataA.XmodemNB%(STM32_PAGE_SIZE/128))== 0){ //判断接收的数据是否足够1KB
MyFLASH_WriteFlash(StartAddress + (UpDataA.XmodemNB/(STM32_PAGE_SIZE/128) - 1) * STM32_PAGE_SIZE, (uint32_t*)UpDataA.Updatabuff,STM32_PAGE_SIZE); //写入A区
}
}
else{
Serial_Printf("\x15"); //未通过CRC校验，发送NAK
}
}
if((datalen == 1) && (data[0] == 0x04)){ //判断接收的内容是否为EOT
Serial_Printf("\x06"); //发送ACK
if((UpDataA.XmodemNB%(STM32_PAGE_SIZE/128))!= 0){ //判断是否有剩余不足够1KB的数据未写入A区
MyFLASH_WriteFlash(StartAddress + (UpDataA.XmodemNB/(STM32_PAGE_SIZE/128)) * STM32_PAGE_SIZE, (uint32_t*)UpDataA.Updatabuff,(UpDataA.XmodemNB%(STM32_PAGE_SIZE/128))*128);
}
BootStatus &= ~IAP_USARTLOAD_FLAG; //清除本地串口程序更新事件标志
if(BOOT_Info.BOOT_Flag == BOOT_A1_FLAG)
{
BOOT_Info.BOOT_Flag = BOOT_A2_FLAG; //当前运行程序更新为A2区程序
AT24C02_WriteBOOTInfo(); //写入BOOT Flag
}
else
{
BOOT_Info.BOOT_Flag = BOOT_A1_FLAG; //当前运行程序更新为A1区程序
AT24C02_WriteBOOTInfo(); //写入BOOT Flag
}
Delay_ms(100);
NVIC_SystemReset(); //重启单片机
}
}
}
__asm void MSR_SP(uint32_t addr)
{
MSR MSP, r0
BX r14 //主调函数返回，相当于return语句
}
void BootLoader_Clear(void)
{
USART_DeInit(USART1);
GPIO_DeInit(GPIOA);
GPIO_DeInit(GPIOB);
}
void LOAD_A(uint32_t addr)
{
/* 先判断addr索引得到的__initial_sp是否在RAM的地址范围中，是则对SP指针和PC指针赋初始值 */
if((*(uint32_t *)addr >= 0x20000000)&&((*(uint32_t *)addr <= 0x20004FFF)))
{
MSR_SP(*(uint32_t *)addr); //对SP指针赋初始值
load_A = (load_a)(*(uint32_t *)(addr + 4)); //取出复位中断服务函数的地址
BootLoader_Clear(); //恢复外设默认状态
load_A(); //直接访问复位中断服务函数，修改PC指针
}
else
{
Serial_Printf("跳转A分区失败\r\n");
}
}
uint16_t Xmodem_CRC16(uint8_t *data, uint16_t datalen)
{
uint8_t i;
uint16_t Crcinit = 0x0000; //初始值
uint16_t Crcipoly = 0x1021; //生成多项式
while(datalen--)
{
Crcinit = (*data << 8) ^ Crcinit;
for(i = 0;i < 8;i++)
{
if(Crcinit & 0x8000)
Crcinit = (Crcinit << 1) ^ Crcipoly;
else
Crcinit = (Crcinit << 1);
}
data++;
}
return Crcinit;
}
2、Boot.h文件
#ifndef __BOOT_H
#define __BOOT_H
typedef void (*load_a)(void); //定义函数指针
void BootLoader_Branch(void);
__asm void MSR_SP(uint32_t addr);
void LOAD_A(uint32_t addr);
void BootLoader_Clear(void);
uint8_t BootLoader_Enter(uint8_t timeout);
void BootLoader_Event(uint8_t *data, uint16_t datalen);
uint16_t Xmodem_CRC16(uint8_t *data, uint16_t datalen);
#endif3、main.c文件
#include "stm32f10x.h" // Device header
#include "Serial.h"
#include "MyDMA.h"
#include "Delay.h"
#include "MyI2C.h"
#include "AT24C02.h"
#include "MyFLASH.h"
#include "main.h"
#include "Boot.h"
OTA_InfoCB OTA_Info;
BOOT_InfoCB BOOT_Info;
UpDataA_CB UpDataA;
uint32_t BootStatus;
int main(void)
{
/*串口模块初始化*/
Serial_Init();
U0Rx_PtrInit();
MyDMA_Init();
/*AT24C02模块初始化*/
MyI2C_Init();
AT24C02_ReadOTAInfo(); //读取OTA Flag
AT24C02_ReadBOOTInfo(); //读取BOOT Flag
BootLoader_Branch();
while (1)
{
Delay_ms(10);
if(U0CB.URxDataOUT != U0CB.URxDataIN) //判断是否有接收数据未处理
{
BootLoader_Event(U0CB.URxDataOUT->start, U0CB.URxDataOUT->end - U0CB.URxDataOUT->start + 1);
U0CB.URxDataOUT++; //读出一组数据，OUT指针右移
if(U0CB.URxDataOUT == U0CB.URxDataEND)
U0CB.URxDataOUT = &U0CB.URxDataPtr[0]; //OUT指针越界回滚
}
if(BootStatus & IAP_XMODEMC_FLAG){ //判断是否有发送字符C事件未处理
if(UpDataA.XmodemTimer >= 100){ //判断计时时间是否达到1s
Serial_Printf("C"); //发送字符C
UpDataA.XmodemTimer = 0; //重置XmodemTimer
}
else{
UpDataA.XmodemTimer++; //XmodemTimer递增计时
}
}
}
}4、main.h文件
#ifndef __MAIN_H
#define __MAIN_H
#define STM32_FLASH_SADDR 0x08000000 //FLASH程序区起始地址
#define STM32_PAGE_SIZE 1024 //FLASH一个扇区的字节数
#define STM32_PAGE_NUM 64 //FLASH的扇区数（页数）
#define STM32_B_PAGE_NUM 20 //B区所占页数
#define STM32_A1_PAGE_NUM ((STM32_PAGE_NUM - STM32_B_PAGE_NUM)/2) //A1区所占页数
#define STM32_A1_STAET_PAGE STM32_B_PAGE_NUM //A1区第一个扇区的编号
#define STM32_A1_SADDR STM32_FLASH_SADDR + STM32_A1_STAET_PAGE * STM32_PAGE_SIZE //A1区起始地址
#define STM32_A2_PAGE_NUM ((STM32_PAGE_NUM - STM32_B_PAGE_NUM)/2) //A2区所占页数
#define STM32_A2_STAET_PAGE STM32_B_PAGE_NUM + STM32_A1_PAGE_NUM //A2区第一个扇区的编号
#define STM32_A2_SADDR STM32_A1_SADDR + (STM32_A2_STAET_PAGE - STM32_A1_STAET_PAGE) * STM32_PAGE_SIZE //A2区起始地址
#define OTA_SET_FLAG 0xAABB1122 //OTA Flag为该值时代表OTA Flag置位
typedef struct{
uint32_t OTA_Flag; //OTA Flag
uint8_t OTA_ver[32]; //版本号
}OTA_InfoCB;
extern OTA_InfoCB OTA_Info;
#define BOOT_A1_FLAG 0x00000001 //BOOT Flag为该值时代表A1区为当前运行程序
#define BOOT_A2_FLAG 0x00000002 //BOOT Flag为该值时代表A2区为当前运行程序
typedef struct{
uint32_t BOOT_Flag; //BOOT Flag
}BOOT_InfoCB;
extern BOOT_InfoCB BOOT_Info;
typedef struct{
uint8_t Updatabuff[STM32_PAGE_SIZE];
uint32_t XmodemTimer; //字符C发送间隔
uint32_t XmodemNB; //当前接收的数据包个数
uint32_t XmodemCRC; //接收数据包的CRC校验码
}UpDataA_CB;
extern UpDataA_CB UpDataA;
#define IAP_XMODEMC_FLAG 0x00000001 //Xmodem协议中发送字符C事件标志
#define IAP_USARTLOAD_FLAG 0x00000002 //本地串口程序更新事件
extern uint32_t BootStatus;
#endif5、说明
（1）本章中的代码是为了实现逻辑而实现，使用的是事件触发和事件处理的编程思想，代码架构可能并不是最优的，在实际开发中，对每一个复杂的功能，应该建立状态机（满足特定条件才能从某种状态流转到其它特定状态，每个状态下有对应的行为），才能提高代码的可维护性。
（2）本教程中的代码仅实现了基础功能，在实际开发中，应考虑数据传输过程中的所有潜在差错，软件中应有充分的检错算法和相应的后处理措施，如中断传输、请求重传等。
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