【保姆级·焚天教学】IAP升级实战：从原理到代码，中控与传感器Bootloader全解析
本文为《物联网实战课》IAP升级章节的终极复习笔记。结合6张核心原理图、10+张代码标注图，彻底搞懂中控和传感器如何协同完成固件升级。小白也能看懂，老手更能加深理解。
📚 目录
1. IAP升级核心概念 {#1}
IAP（In-Application Programming）就是在应用中进行编程。通俗点说，就是设备在运行过程中，自己给自己更新程序。
-
Bootloader：相当于设备的“保安室”。它是一个永远不会被刷掉的小程序，负责接收新固件并写入Flash，然后启动新固件。
-
APP：相当于设备的“居民楼”。这是我们真正要更新的业务代码。
-
配置信息：相当于“物业登记处”。记录下次启动是进保安室还是进居民楼。
[请在此处放置第4张图：中控/传感器Bootloader程序流程图]
图1：Bootloader的启动逻辑——根据配置信息选择去向
2. 内存划分：Flash就是楼盘 {#2}
中控（STM32H563）与传感器（STM32F030）的Flash分区
-
中控：2MB Flash
-
Bootloader：256KB（0x08000000 ~ 0x0803FFFF）
-
APP：1784KB（0x08040000 ~ 0x081FDFFF）
-
配置信息：最后8KB（0x081FE000 ~ 0x0801FFFF）
-
-
传感器：256KB Flash
-
Bootloader：128KB（0x08000000 ~ 0x0801FFFF）
-
APP：126KB（0x08020000 ~ 0x0803F7FF）
-
配置信息：最后2KB（0x0803F800 ~ 0x0803FFFF）
-
为什么这么分？
-
Bootloader和APP物理隔离，即使APP刷坏，Bootloader还在，可以重新刷机，防止变砖。
-
配置信息单独一个扇区，方便擦写，不影响代码区。
3. 升级流程三步骤（附时序图） {#3}
升级过程分为三步：① 让目标进入Bootloader → ② 发送固件 → ③ 让目标启动APP
场景A：升级中控（中控运行Bootloader）
升级中控的“二人转”
-
上位机发送“进入Bootloader”命令 → 中控Bootloader回复 → 中控保持在Bootloader。
-
上位机循环发送文件块 → 中控每收到一块立即烧录并回复。
-
发送完毕，上位机发送“进入APP”命令 → 中控写配置信息后复位，启动新APP。
场景B：升级传感器（中控运行APP，传感器运行Bootloader）
升级传感器的“三角恋”
-
上位机发送“进入Bootloader”命令（目标传感器）→ 中控APP转发 → 传感器Bootloader回复 → 中控APP回复上位机。
-
上位机发送文件块 → 中控APP立即转发 → 传感器烧录并回复 → 中控APP回复上位机。
-
发送完毕，上位机发送“进入APP”命令 → 中控转发 → 传感器写配置后复位，启动新APP → 中控回复上位机。
关键点：整个过程是同步阻塞的，每发一块必须等到回复才能发下一块，确保可靠性。
4. 中控Bootloader代码深度解析 {#4}
代码路径：3_程序源码\01_视频配套的源码\9-4-1_IAP升级上机演示\02_中控程序\h5_iap.7z
4.1 启动判断：岔路口的选择
文件：Core/Src/main.c
int main(void)
{
if (isBootloader() && !isNeedToUpdate())
{
extern void start_app(uint32_t vector);
start_app(get_app_vector());
}
// ... 其余初始化（Bootloader本身的初始化）
}
红色箭头指向 if (isBootloader() && !isNeedToUpdate())：
-
isBootloader()：判断当前代码是否在Bootloader区域（通过比较函数自身的链接地址与APP起始地址）。 -
isNeedToUpdate()：读取配置信息，检查是否需要留在Bootloader升级。-
如果配置信息无效，或
bEnterBootloader == 1，返回1（需要升级）。 -
如果
bEnterBootloader == 0，返回0（直接启动APP）。
-
辅助函数详解：
int isBootloader(void)
{
uint32_t link_addr = (uint32_t)isBootloader;
return (link_addr < APP_LOAD_ADDR); // APP_LOAD_ADDR = 0x08040000
}
int isNeedToUpdate(void)
{
FirmwareInfo tFirmwareInfo;
if (GetLocalFirmwareInfo(&tFirmwareInfo)) return 1;
if (tFirmwareInfo.bEnterBootloader == 1) return 1;
if (tFirmwareInfo.bEnterBootloader == 0) return 0;
return 1;
}
static int GetLocalFirmwareInfo(PFirmwareInfo ptFirmwareInfo)
{
volatile PFirmwareInfo ptFlashInfo = (PFirmwareInfo)CFG_OFFSET;
if (ptFlashInfo->file_len == 0xFFFFFFFF) return -1;
*ptFirmwareInfo = *ptFlashInfo;
return 0;
}
uint32_t get_app_vector(void)
{
PFirmwareInfo ptFlashInfo = (PFirmwareInfo)CFG_OFFSET;
return ptFlashInfo->load_addr; // 从配置信息读取APP起始地址
}4.2 跳转APP：汇编实现VTOR重定位
文件：Core/Src/jump.S
start_app PROC
; 设置VTOR = r0 (APP向量表基址)
LDR R1, =0xE000ED08
STR R0, [R1]
; 读取新向量表的第一个字作为MSP，设置主栈指针
LDR R1, [R0]
MOV SP, R1
; 读取新向量表的第二个字作为复位地址，跳转
LDR R1, [R0, #4]
BX R1
ENDP
汇编跳转——VTOR重定位、栈指针设置、跳转
注意：APP工程中必须注释掉默认设置VTOR的代码（如SystemInit中的VTOR赋值），否则APP启动后会再次覆盖VTOR，导致异常向量表混乱。
4.3 主循环：处理Modbus命令
如果启动判断决定留在Bootloader，则进入无限循环，不断接收上位机的Modbus请求。
文件：Core/Src/control.c
for (;;) {
do {
rc = modbus_receive(ctx, query);
} while (rc == 0);
if (rc < 0) continue;
// 1. 处理紧急命令（进入Bootloader/APP）
err = process_emergency_cmd(ctx, query, rc, mb_mapping);
if (err) {
modbus_reply_exception(ctx, query, MODBUS_EXCEPTION_SLAVE_OR_SERVER_BUSY);
continue;
}
// 2. 处理文件块（固件数据）
err = process_file_record(query, rc);
if (err) {
modbus_reply_exception(ctx, query, MODBUS_EXCEPTION_SLAVE_OR_SERVER_BUSY);
continue;
}
modbus_reply(ctx, query, rc, mb_mapping);
}
Bootloader主循环——先紧急命令，再文件块，最后回复
4.4 紧急命令：先回复再复位
函数：process_emergency_cmd（中控自身部分）
if (ptPointMap->channel == 0) // channel 0 表示中控自己
{
if (val == MODBUS_PRIVATE_CMD_ENTER_BOOT) // 0x55
{
if (!isBootloader())
{
// 先回复，再复位
modbus_reply(ctx, msg, msg_len, mb_mapping);
ResetToBootloader();
return -1;
}
return 0;
}
else if (val == MODBUS_PRIVATE_CMD_ENTER_APP) // 0xAA
{
modbus_reply(ctx, msg, msg_len, mb_mapping);
ResetToApplication();
return -1;
}
}
紧急命令处理——先回复上位机，再执行复位（否则无法回复）
复位函数（写配置信息 + 软复位）：
void ResetToBootloader(void)
{
FirmwareInfo tFirmwareInfo;
GetLocalFirmwareInfo(&tFirmwareInfo);
tFirmwareInfo.bEnterBootloader = 1; // 标记下次启动进Bootloader
WriteFirmwareInfo(&tFirmwareInfo);
SoftReset();
}
void ResetToApplication(void)
{
FirmwareInfo tFirmwareInfo;
GetLocalFirmwareInfo(&tFirmwareInfo);
tFirmwareInfo.bEnterBootloader = 0; // 标记下次启动进APP
WriteFirmwareInfo(&tFirmwareInfo);
SoftReset();
}
写配置信息后软复位——下次启动根据配置决定去向
4.5 固件烧录：文件头+数据块
函数：process_file_record 中针对中控自身（channel == 0）的 burn_firmware。
if (record_no == 0)
{
// 文件头：解析文件信息，擦除Flash
memcpy(&tFileInfo, &msg[10], sizeof(tFileInfo));
tFileInfo.file_len = BE32toLE32(...);
recv_len = 0;
flash_addr = APP_LOAD_ADDR;
EraseFlash(APP_LOAD_ADDR, tFileInfo.file_len);
EraseFlash(CFG_OFFSET, SECTOR_SIZE);
}
else
{
// 文件块：写入Flash
cur_len = msg[2] - 7;
recv_len += cur_len;
WriteFirmware(&msg[10], cur_len, flash_addr);
flash_addr += cur_len;
}
if (recv_len >= tFileInfo.file_len)
{
// 接收完毕：更新配置信息（bEnterBootloader = 0）
tFirmwareInfo.bEnterBootloader = 0;
tFirmwareInfo.file_len = tFileInfo.file_len;
tFirmwareInfo.load_addr = APP_LOAD_ADDR;
WriteFirmwareInfo(&tFirmwareInfo);
}
固件烧录——文件头擦除，数据块写入，完成后更新配置
关于Modbus Write File Record格式（用于传输固件）：
Modbus 0x15功能码格式——File Number区分文件，Record Number 0表示文件头
5. 传感器Bootloader代码深度解析 {#5}
5.1 传感器升级的特点
-
传感器无法直接连接电脑，必须通过中控APP转发命令和固件。
-
传感器作为Modbus从设备，地址为
01H（开关量）、02H（环境监测）、03H（温湿度）。 -
传感器的Bootloader需要响应两种Modbus请求：
-
写单个寄存器（功能码0x06）到升级命令寄存器（地址0x0000），用于触发进入Bootloader或APP。
-
写文件记录（功能码0x15）用于传输固件（File Number = 固件文件号）。
-
5.2 启动判断与配置信息
传感器的Flash划分（参考图2）：
-
Bootloader起始：0x08000000
-
APP起始：0x08020000
-
配置信息起始：0x0803F800
启动判断逻辑与中控完全一致，只是地址宏不同：
#define APP_LOAD_ADDR 0x08020000
#define CFG_OFFSET 0x0803F800
int isBootloader(void)
{
uint32_t link_addr = (uint32_t)isBootloader;
return (link_addr < APP_LOAD_ADDR);
}
// isNeedToUpdate、GetLocalFirmwareInfo、get_app_vector 与中控完全相同5.3 主循环：响应中控的命令
传感器的Bootloader主循环与中控类似，但没有点映射处理，只处理：
-
写寄存器命令（紧急命令）
-
写文件记录命令（固件数据）
伪代码：
for (;;) {
rc = modbus_receive(ctx, query);
if (rc < 0) continue;
// 1. 处理紧急命令（写升级寄存器）
if (is_write_single_register(query) &&
get_register_address(query) == CMD_REG_ADDR) // 0x0000
{
uint16_t val = get_register_value(query);
if (val == CMD_ENTER_BOOT) // 0x55
{
// 先回复，再复位进Bootloader
modbus_reply(ctx, query, rc, mb_mapping);
ResetToBootloader();
continue; // 不会执行到下面的回复
}
else if (val == CMD_ENTER_APP) // 0xAA
{
modbus_reply(ctx, query, rc, mb_mapping);
ResetToApplication();
continue;
}
}
// 2. 处理文件块（Write File Record）
if (is_write_file_record(query) && get_file_number(query) == FILE_NUMBER_FIRMWARE)
{
int err = burn_firmware(query, rc); // 烧录固件
if (err) {
modbus_reply_exception(ctx, query, MODBUS_EXCEPTION_SLAVE_OR_SERVER_BUSY);
} else {
modbus_reply(ctx, query, rc, mb_mapping);
}
continue;
}
// 其他请求按普通寄存器读写处理（但传感器Bootloader一般只处理上述两种）
modbus_reply(ctx, query, rc, mb_mapping);
}关键点：传感器不需要处理点映射文件，因为点映射只存在于中控。
5.4 紧急命令：写寄存器触发复位
中控APP通过 modbus_write_point 向传感器的升级命令寄存器写入 0x55 或 0xAA。传感器的Bootloader收到后，执行与中控相同的逻辑：先回复，再复位。
if (val == CMD_ENTER_BOOT)
{
modbus_reply(ctx, msg, msg_len, mb_mapping); // 先回复
ResetToBootloader(); // 再复位
}
else if (val == CMD_ENTER_APP)
{
modbus_reply(ctx, msg, msg_len, mb_mapping);
ResetToApplication();
}ResetToBootloader 和 ResetToApplication 的实现与中控完全一致，只是配置信息地址不同（CFG_OFFSET 已定义为传感器的配置区）。
5.5 固件烧录：只收数据，不解析映射
传感器的 burn_firmware 比中控简单，因为不需要处理点映射文件，只需要处理固件文件。核心逻辑：
static int burn_firmware(uint8_t *msg, uint16_t msg_len)
{
static uint32_t recv_len = 0;
static uint32_t flash_addr = APP_LOAD_ADDR;
static FileInfo tFileInfo;
uint16_t record_no = (msg[6] << 8) | msg[7]; // 记录号
if (record_no == 0)
{
// 文件头：解析文件信息，擦除Flash
memcpy(&tFileInfo, &msg[10], sizeof(tFileInfo));
tFileInfo.file_len = BE32toLE32((uint8_t*)&tFileInfo.file_len);
recv_len = 0;
flash_addr = APP_LOAD_ADDR;
EraseFlash(APP_LOAD_ADDR, tFileInfo.file_len);
EraseFlash(CFG_OFFSET, SECTOR_SIZE);
return 0;
}
else
{
// 文件块：写入Flash
uint16_t cur_len = msg[2] - 7; // 数据长度
recv_len += cur_len;
WriteFirmware(&msg[10], cur_len, flash_addr);
flash_addr += cur_len;
if (recv_len >= tFileInfo.file_len)
{
// 接收完毕：更新配置信息
FirmwareInfo tFirmwareInfo;
memset(&tFirmwareInfo, 0xff, sizeof(tFirmwareInfo));
tFirmwareInfo.bEnterBootloader = 0;
tFirmwareInfo.file_len = tFileInfo.file_len;
tFirmwareInfo.load_addr = APP_LOAD_ADDR;
strcpy((char*)tFirmwareInfo.file_name, (char*)tFileInfo.file_name);
WriteFirmwareInfo(&tFirmwareInfo);
}
return 0;
}
}注意：传感器的Flash较小，擦除时需注意扇区大小（通常为2KB），但代码逻辑与中控相同。
6. 总结：一张图看懂整个升级流程 {#6}
[请在此处放置第3张图：中控APP任务调度图]
图13：中控APP日常任务——轮询传感器，同时作为升级的“二传手”
[请在此处放置第5张图：上位机程序流程图]
图14：上位机视角——简单三步走
核心要点回顾：
-
Bootloader的职责：启动引导 + 接收固件 + 烧录Flash + 更新配置。
-
中控APP的额外职责：在传感器升级时，透明转发命令和固件。
-
传感器的特殊性：无点映射，只处理固件文件和升级命令。
-
可靠性保障：每发一块必须等待回复，同步操作确保万无一失。
掌握了这些，你就能自己动手实现一套完整的IAP升级方案，无论是中控还是传感器，都能轻松应对。
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