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STM32实现在线更新程序简记

1 应用背景 一般情况下，通过Jtag接口或者USART0将程序烧进STM32内部Flash中。如果是已经装配好的板子（安装在壳体内或其他不易接触到的地方），要通过上述方式重新烧录程序时可能就需要将壳体拆掉（大多数情况下烧录接口不会由壳体引出），烧写完程序后再重新安装，这样一来相对麻烦。
像一些预留与外部通信接口（USB，RS232或无线传输等）的设备，我们便可以想办法通过这些接口将新的程序写入单片机内，写完后使设备开始执行新写入的程序。通过该方式更新应用程序需要自己编写一个Bootloader。该Bootloader将通信接口传入的新应用程序写入STM32 Flash中，全部完成后，该Bootloader将跳转至新写入的应用程序，并开始运行该应用程序。
2 实现方式 对STM32实现远程更新时，首先需要实现一个Bootloader程序。该程序负责接收新的应用程序，并将应用程序写入Flash的指定位置，写成功后跳转至应用程序开始执行新写入的应用程序；应用程序和Bootloader程序相互独立。因此需要将STM32的Flash分为两块，一块用于存放Bootloader程序，另一块存放应用程序，两者之间的存储地址不可重叠。其中可以实现是Bootloader在上电时默认开始执行，因此将Bootloader程序存放至STM32默认执行的位置（keil编译器默认从0x08000000地址开始存放）。而应用程序从Bootloader后开始存放。如下图所示（假设Bootloader大小为10k，即0x2800字节），下图中应用程序从0x08005000开始存放（该地址的选取应该保证应用程序有足够空间且不与Bootloader程序存储重叠）。

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image.png 下面以通过USB虚拟串口实现应用程序更新为例进行详细说明。
3 USB虚拟串口Bootloader的实现 首先需要将实验板实现为一个USB虚拟串口设备，Bootloader程序keil工程的建立和设置与一般工程keil工程的建立和设置没有区别。这里将不对虚拟串口的实现和工程建立和设置作说明。
3.1 写程序至Flash 虚拟串口实现后，需要接收上位机发送的程序数据，并将数据从Flash指定位置（0x08005000）开始写入。对Flash的操作过程如下：
1）Flash解锁。
2）擦除所要写的Flash页。这里注意的是，虚拟串口每次收到的数据做多64字节，而Flash页（以STM32F103RB为例）大小为1k字节，因此仅在首次写该页时擦除该页。
3） 开始向Flash写入数据。
4） 写完后，检查是否写入正确。
5） 锁Flash。
3.2 跳转至应用程序 将接收到应用程序全部正确写入Flash指定位置后，Bootloader需要跳转到应用程序开始执行应用程序。跳转过程如下：
1） 关闭中断，防止在跳转过程中有中断发生。
2）获取栈指针，即为0x08005000~0x08005003中存储的内容（32bits）。
3）获取复位向量，即为栈指针后的四字节内容（32bits）。
4） 重定向中断向量表，以保证应用程序中中断的正常工作。我们的应用程序要从0x08005000存储，因此相对于Flash基地址0x08000000偏移了0x5000。
5） 设置新的栈指针，上述中所获取的栈指针。
【STM32实现在线更新程序简记】6） 跳转至复位向量开始运行，( (void()(void))(reset) )()。reset为上述获取的复位向量。这样跳转后便脱离了之前的Bootloader程序，开始应用程序的执行。
4 应用工程的建立和实现 4.1 应用工程设置 应用工程的建立和一般性设置这里不再叙述，这里仅说明需要注意的地方。
应用工程的设置需要注意的是，为了防止与Bootloader重叠，在Target选项卡中的ROM设置如下，起始地址设为0x08005000，大小设为0x1B000（总大小0x20000-0x5000）：
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image.png 若使用Jlink调试，需要在Debug选项卡中选择使用Jlink，并且点击旁边的“Setting”按钮。在FlashDownload选项中设置如下：
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image.png 另外需要注意的，应用程序需要转换为bin文件才可以直接写入Flash中。编译器可以选择生成hex文件，我们自己可以再把hex文件转换为bin文件。这里还可以使用简单方法，点开User选项卡，设置如下图，即在编译后直接执行fromelf.exe命令将.axf文件转换为.bin文件。生成的bin文件在工程目录下的out文件夹下。
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image.png 4.2 应用程序中的注意点 在应用程序中，与程序跳转需要注意的是，单片机从Bootloader程序跳转至应用程序的复位向量处开始执行，单片机在执行main函数之前会执行一些系统初始化程序。在系统初始化函数void SystemInit (void)；在该函数中有对中断向量表的设置，如下：
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image.png 在上图中VECT_TAB_OFFSET默认为0x0，而应用程序的中断向量表需要定位到0x08005000，因此这里需要将VECT_TAB_OFFSET值修改为0x5000。（这里可能跟跳转程序中的设置中断向量表的过程重复）。
5 测试验证结果 实验中，我们的应用软件很简单，只是现在主循环中控制灯闪烁，并通过定时器3的定时中断控制另一个灯闪烁（为验证中断正常）。其中主循环灯闪烁指定次数后再跳转至Bootloader程序（仅为了实验两者之间的相互跳转，实际应用中应该有特定的触发条件）。
首先将Bootloader程序通过Jlink下载到板子中，给板子重新上电，电脑识别到虚拟串口设备，打开串口调试助手，并打开实验板对应的串口。
点击串口调试助手中的‘打开文件’，找到应用程序编译生成的bin文件后点击打开。然后点击‘发送文件’。
串口调试助手显示文件发送成功后，实验板上的两个灯开始闪烁，即应用程序中主循环中的灯闪烁和定时中断控制的灯闪烁。
灯闪烁一段时间后，全部熄灭，电脑再次能够识别到虚拟串口设备，并能够通过串口调试助手再次发生bin文件来更新程序。
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