【原】STM32單片機(jī)Bootloader設(shè)計(jì)(下）

樂創(chuàng)客搬運(yùn)工 2021-07-14

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之前一篇的《STM32單片機(jī)的Bootloader設(shè)計(jì)（上）》文章中，主要介紹了STM32的啟動流程和內(nèi)存主要空間的分配，這篇文章將在上一篇文章的基礎(chǔ)上，來闡述一下STM32 Bootloader的實(shí)現(xiàn)。

STM32的內(nèi)存劃分

前面文章我們說了，STM32上電后會從0x08000000地址處開始運(yùn)行，因此，如果我們想要使得STM32在上電之處直接進(jìn)入進(jìn)Bootloader，那么其內(nèi)存的起始地址必須要從0x08000000處開始。這一步是由單片機(jī)的硬件所決定的，無法通過軟件干預(yù)。

因此，在我們使用Keil軟件設(shè)計(jì)STM32 Bootloader的時(shí)候，一定要在Keil的工程中設(shè)置這個(gè)地址，當(dāng)然，如果你不設(shè)置也沒關(guān)系，因?yàn)镵eil默認(rèn)就是將單片機(jī)的軟件編譯到此地址的。如圖1所示。

圖1 Keil上電起始地址的設(shè)置

另外在說一點(diǎn)，起始地址右邊的Size我們也需要關(guān)注下，因?yàn)檫@個(gè)參數(shù)會影響到后續(xù)的內(nèi)存空間分配。

好了，接下來假設(shè)我們有一塊Flash容量為64KB的芯片，我們來為其劃分一下內(nèi)存空間。我們來計(jì)算下它的地址范圍為多少。

起始地址不需要多說，就是0x08000000。

64K的地址空間該怎么算呢？這個(gè)其實(shí)是一個(gè)進(jìn)制轉(zhuǎn)換的問題，我們知道，在十進(jìn)制中，1KB=1024個(gè)字節(jié)，而我們計(jì)算機(jī)中的一個(gè)字節(jié)就是一個(gè)地址單元，因此只要要使用64KB*1024就可以得出有多少個(gè)（十進(jìn)制）地址單元了。又由于計(jì)算機(jī)中的地址都是按照十六進(jìn)制編碼來排列的，所以還需要將這個(gè)十位數(shù)的地址空間轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制，這個(gè)地址空間就是0x10000。注意，以上這個(gè)0x10000指的是地址空間，指明64K Flash中有0x10000個(gè)字節(jié)的存儲單元，而我們的內(nèi)存地址又是從0開始計(jì)算的，因此最終的地址范圍就是0x08000000~0x08010000。

計(jì)算出以上的地址范圍之后，我們就需要對其來劃分功能區(qū)了，首先假設(shè)我們的Bootloader不帶OTA（On The Air）升級功能，因此整個(gè)內(nèi)存空間至少要劃分成兩個(gè)部分，第一個(gè)部分是從0x08000000起始的Bootloader區(qū)域，假設(shè)長度為X，第二個(gè)部分是緊接著（當(dāng)然也可以不僅接著）Bootloader區(qū)域的應(yīng)用區(qū)域，其地址范圍為0x08000000 + X，其長度為Y。

這個(gè)地址的劃分可以現(xiàn)根據(jù)Bootloader最終編譯的大小進(jìn)行動態(tài)改變，不過需要注意的是，STM32內(nèi)存劃分要以半頁為最小單位，因?yàn)樵趯lash編程時(shí)，都是按照半頁來擦除的，所以如果你的程序不按照半頁來對齊，那么擦出的時(shí)候就會很尷尬，半頁=32個(gè)字=128個(gè)字節(jié)。

基于上述原因，我們暫定STM32中，前10K地址存放Bootloader程序，后面的地址，存放應(yīng)用，如圖2所示。

圖2 STM32內(nèi)存劃分

Bootloader代碼設(shè)計(jì)

Bootloader這個(gè)東西，對于我們來說是一個(gè)特殊的程序，但是對于計(jì)算機(jī)來說，它和千千萬萬的普通程序沒有任何差別，因此我們也需要對這個(gè)程序進(jìn)行初始化，你可以設(shè)置時(shí)鐘，設(shè)置串口或者CAN總線資源等。這些都是必須要進(jìn)行的，我們文中就不討論。

比較重要的需要討論的一點(diǎn)是跳轉(zhuǎn)程序，因?yàn)锽ootloader除了完成一些額外的不適宜在應(yīng)用中完成的工作之外，最重要的一點(diǎn)就是程序跳轉(zhuǎn)，即“JampToApp()”。所謂的程序跳轉(zhuǎn)，那么程序跳轉(zhuǎn)該怎么實(shí)現(xiàn)呢？

思考下，跳轉(zhuǎn)最終就是通過Bootloader跳轉(zhuǎn)到APP的地址處，在C語言中和跳轉(zhuǎn)直接相關(guān)的便是指針了，因此既能保證跳轉(zhuǎn)到某個(gè)地址，又能保證是類似于函數(shù)能被運(yùn)行的，就只有“指向函數(shù)的指針“這一項(xiàng)了。沒錯(cuò)，Bootloader的“JampToApp()”操作就是一個(gè)函數(shù)指針，只需要獲知APP區(qū)的地址，就可以進(jìn)行跳轉(zhuǎn)了。

我們在上一節(jié)中以及指定了APP的地址就是0x08002800，那么是否只要跳轉(zhuǎn)到這個(gè)地址就可以了呢？答案當(dāng)然是否定的，因?yàn)槲覀冎罢f過，STM32內(nèi)存空間最起始的4個(gè)字節(jié)地址，存放的是棧頂指針，因此我們需要跳轉(zhuǎn)到0x08002800+4的地址處。

在跳轉(zhuǎn)的過程中，關(guān)閉中斷等工作也是必須的，具體代碼如圖3所示。

圖3 Bootloader中的跳轉(zhuǎn)程序

上面代碼中，有一個(gè)自定義的“TYP_drcPtr”類型，它起始只是一個(gè)void類型。

typedef void (*TYP_drcPtr)(void); //Define the jump pointer

跳轉(zhuǎn)問題解決了，接下來的問題就是何時(shí)跳轉(zhuǎn)？

這個(gè)何時(shí)跳轉(zhuǎn)很重要，我建議在程序的一開始，初始化Systemclock之前就去判斷和跳轉(zhuǎn)，因?yàn)镾TM32如果你在Bootloader中初始化了Systemclock之后，再去APP區(qū)初始化，會造成硬件錯(cuò)誤，因此我建議大家在設(shè)計(jì)Bootloader的時(shí)候，程序一開始就是去檢測能否滿足跳轉(zhuǎn)條件，滿足了立馬跳，不滿足再去執(zhí)行硬件的初始化程序。如圖4所示。