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STM32單片機BootLoader掃盲

BootLoader和APP之間的關(guān)系

APP就是平時寫的單片機上的應(yīng)用程序，而BootLoader本質(zhì)上和APP一樣，也是平時寫的應(yīng)用程序。BootLoader只不過是擁有從外部接收數(shù)據(jù)，更新Flash（也就是APP），跳轉(zhuǎn)至APP功能的特殊APP罷了。

以STM32F103為例，如果沒有BootLoader，flash分布就如下圖左半部分。如果有BootLoader，就如下圖右半部分，將flash分為兩部分（這里舉例用0x800 4000做分界線），存儲了兩個應(yīng)用程序（BootLoader和APP）

如何從BootLoader跳轉(zhuǎn)到APP

從外部接收數(shù)據(jù)，更新Flash，普通的APP也會有這樣的需求。不常見的也就是從BootLoader跳轉(zhuǎn)到APP這個功能了。STM32 單片機啟動流程中介紹了單片機上電后的啟動流程，其實也就主要干了兩件事：

• 將棧頂位置加載到MSP寄存器中
• 將復(fù)位中斷服務(wù)函數(shù)的入口地址給PC寄存器

然后單片機執(zhí)行復(fù)位中斷服務(wù)函數(shù)，在復(fù)位中斷服務(wù)函數(shù)中設(shè)置中斷向量表的偏移地址，準(zhǔn)備C環(huán)境，最后跳轉(zhuǎn)到main()函數(shù)。同理，從Bootloader跳到APP也需要干這兩件事情，只不過上電時是單片機自動加載的MSP和PC，而從Bootloader跳到APP則需要我們編寫函數(shù)進行跳轉(zhuǎn)。

下面是STM32 跳轉(zhuǎn)到APP的具體函數(shù)，在BootLoader函數(shù)中調(diào)用即可跳轉(zhuǎn)到APP_ADDR，如果該地址存放了APP的bin文件則會運行APP的復(fù)位中斷服務(wù)函數(shù)（一定要記得在APP中修改中斷向量表偏移地址，如APP中不修改則默認(rèn)使用BootLoader的中斷向量表，APP中發(fā)生中斷時就會去查BootLoader的中斷向量表，從而調(diào)用BootLoader的中斷服務(wù)函數(shù)），進而運行APP的main()函數(shù)。同理，APP跳轉(zhuǎn)到BootLoader，修改跳轉(zhuǎn)地址 APP_ADDR 為BootLoader地址（這里為0x8000000）即可實現(xiàn).

常用的BootLoader+APP框架

單片機升級的原理大致是：收到升級指令——>MCU復(fù)位或者跳轉(zhuǎn)到Boot程序區(qū)——>擦除對應(yīng)的Flash區(qū)域——>獲取APP數(shù)據(jù)——>寫入FLASH數(shù)據(jù)——>校驗——>跳轉(zhuǎn)到APP應(yīng)用程序區(qū)

單APP

單APP方案將Flash分成了三個部分，Boot+APP+Config，Boot負責(zé)更新APP；APP實現(xiàn)程序的主要功能；Config區(qū)域主要是存放APP是否完整的標(biāo)志位，協(xié)助Boot判斷是否要跳轉(zhuǎn)到APP。單APP有個明顯的缺點：開始升級時就將原來的APP擦除了，如果升級中斷則會一直停留在BootLoader，直至APP升級完成。

雙APP

雙APP方案將Flash分成了四個部分，Boot+APP1+APP2+Config，Boot負責(zé)更新APP；APP1實現(xiàn)程序的主要功能；APP2相當(dāng)于緩沖區(qū)，Boot升級APP時，會將接收到的APP數(shù)據(jù)包寫入APP2，當(dāng)APP數(shù)據(jù)包全部接收完畢，再將APP2搬運到APP1，這樣就避免了單APP方案，升級中斷一直停留在BootLoader的尷尬； Config區(qū)域主要是存放APP1是否需要升級的標(biāo)志位，協(xié)助Boot判斷是否要將APP2的內(nèi)容搬運至APP1。

STM32系統(tǒng)BootLoader

STM32自舉具體信息可以去官網(wǎng)查看手冊AN2606
如果BOOT0為高電平，復(fù)位后將從系統(tǒng)存儲器自舉（系統(tǒng)存儲區(qū)存放著系統(tǒng)bootLoader，出廠時，官方固化在單片機中的一段代碼，用戶無法修改的。在STM32中，常用的串口下載，DFU就是系統(tǒng)bootLoad中的功能）

使用系統(tǒng)bootLoader需要在復(fù)位時調(diào)整BOOT0管腳的電平，使用起來還是比較麻煩的。系統(tǒng)BootLoader也是FLash中的一段程序，只不過是官方燒錄的不可修改的，我們可以利用前面說的跳轉(zhuǎn)到APP的方法跳轉(zhuǎn)到系統(tǒng)BootLoader，這樣就可以不修改BOOT0管腳電平，直接進入系統(tǒng)BootLoader，利用系統(tǒng)BootLoader的下載功能下載更新程序。

在手冊中的閃存章節(jié)，找到系統(tǒng)BootLoader的起始地址0X1FFF FO00，將APP ADDR宏定義改為系統(tǒng)BootLoader地址即可跳轉(zhuǎn)到系統(tǒng)BootLoader

/* 開關(guān)全局中斷的宏 */#define ENABLE_INT() __set_PRIMASK(0)  /* 使能全局中斷 */#define DISABLE_INT() __set_PRIMASK(1) /* 禁止全局中斷 */#define APP_ADDR    0x1FFFF000         /* 系統(tǒng)bootloader地址 */void (*SysMemBootJump)(void);        /* 聲明一個函數(shù)指針 */static uint32_t AppAddr = APP_ADDR;    /* 跳轉(zhuǎn)地址 *//*********************************************************************************************************** 函 數(shù) 名: JumpToApp* 功能說明: 跳轉(zhuǎn)到APP* 形    參: 無* 返 回 值: 無**********************************************************************************************************/void JumpToApp(void){      /* 如果初始化了外設(shè)，需要反向初始化外設(shè) */    /* 設(shè)置所有時鐘到默認(rèn)狀態(tài)，使用HSI時鐘 */  HAL_RCC_DeInit();  /* 關(guān)閉滴答定時器，復(fù)位到默認(rèn)值 */  SysTick->CTRL = 0;  SysTick->LOAD = 0;  SysTick->VAL = 0;  /* 關(guān)閉全局中斷 */  DISABLE_INT();      /* 關(guān)閉所有中斷，清除所有中斷掛起標(biāo)志 */  for (uint32_t i = 0; i < 8; i++)  {    NVIC->ICER[i]=0xFFFFFFFF;    NVIC->ICPR[i]=0xFFFFFFFF;  }   /* 使能全局中斷 */  ENABLE_INT();  /* 設(shè)置SysMemBootJump為中斷服務(wù)函數(shù)入口地址，首地址是MSP，地址+4是復(fù)位中斷服務(wù)程序地址 */  SysMemBootJump = (void (*)(void)) (*((uint32_t *) (AppAddr + 4)));  /* 設(shè)置主堆棧指針 */  __set_MSP(*(uint32_t *)AppAddr);  /* 在RTOS工程，這條語句很重要，設(shè)置為特權(quán)級模式，SP使用MSP指針 */  __set_CONTROL(0);  /* 進行跳轉(zhuǎn) 也就是將SysMemBootJump 賦值給PC */  SysMemBootJump();   /* 跳轉(zhuǎn)成功的話，不會執(zhí)行到這里，用戶可以在這里添加代碼 */  while (1)  {  }}

從APP跳轉(zhuǎn)到系統(tǒng)BootLoader后，利用STM32CubeProgrammer工具更新程序