CRC校验原理及STM32 IAP在线升级程序

CRC校验原理：

什么是CRC校验？

CRC即循环冗余校验码：是数据通信领域中最常用的一种查错校验码，其特征是信息字段和校验字段的长度可以任意选定。循环冗余检查（CRC）是一种数据传输检错功能，对数据进行多项式计算，并将得到的结果附在帧的后面，接收设备也执行类似的算法，以保证数据传输的正确性和完整性。

CRC校验原理：

其根本思想就是先在要发送的帧后面附加一个数（这个就是用来校验的校验码，但要注意，这里的数也是二进制序列的，下同），生成一个新帧发送给接收端。当然，这个附加的数不是随意的，它要使所生成的新帧能与发送端和接收端共同选定的某个特定数整除（注意，这里不是直接采用二进制除法，而是采用一种称之为“模2除法”）。到达接收端后，再把接收到的新帧除以（同样采用“模2除法”）这个选定的除数。因为在发送端发送数据帧之前就已通过附加一个数，做了“去余”处理（也就已经能整除了），所以结果应该是没有余数。如果有余数，则表明该帧在传输过程中出现了差错。

模2除法：

模2除法与算术除法类似，但每一位除的结果不影响其它位，即不向上一位借位，所以实际上就是异或。在循环冗余校验码（CRC）的计算中有应用到模2除法。如：

CRC校验步骤：

CRC校验中有两个关键点，一是预先确定一个发送送端和接收端都用来作为除数的二进制比特串（或多项式），可以随机选择，也可以使用国际标准，但是最高位和最低位必须为1；二是把原始帧与上面计算出的除数进行模2除法运算，计算出CRC码。

具体步骤：

1. 选择合适的除数

2. 看选定除数的二进制位数，然后再要发送的数据帧上面加上这个位数-1位的0，然后用新生成的帧以模2除法的方式除上面的除数，得到的余数就是该帧的CRC校验码。注意，余数的位数一定只比除数位数少一位，也就是CRC校验码位数比除数位数少一位，如果前面位是0也不能省略。

3. 将计算出来的CRC校验码附加在原数据帧后面，构建成一个新的数据帧进行发送；最后接收端在以模2除法方式除以前面选择的除数，如果没有余数，则说明数据帧在传输的过程中没有出错。

CRC校验码计算示例：

现假设选择的CRC生成多项式为G（X） = X4 + X3 + 1，要求出二进制序列10110011的CRC校验码。下面是具体的计算过程：

①将多项式转化为二进制序列，由G（X） = X4 + X3 + 1可知二进制一种有五位，第4位、第三位和第零位分别为1，则序列为11001

②多项式的位数位5，则在数据帧的后面加上5-1位0，数据帧变为101100110000，然后使用模2除法除以除数11001，得到余数。

③将计算出来的CRC校验码添加在原始帧的后面，真正的数据帧为101100110100，再把这个数据帧发送到接收端。

④接收端收到数据帧后，用上面选定的除数，用模2除法除去，验证余数是否为0，如果为0，则说明数据帧没有出错。

STM32 IAP在线升级步骤：

首先谈谈stm32的ISP和IAP区别和联系。

ISP（In-System Programming）在系统可编程，指电路板上的空白器件可以编程写入最终用户代码，而不需要从电路板上取下器件，已经编程的器件也可以用ISP方式擦除或再编程。IAP（In-Application Programming）指MCU可以在系统中获取新代码并对自己重新编程，即可用程序来改变程序。ISP和IAP技术是未来仪器仪表的发展方向。

  1  ISP和IAP的工作原理
  ISP的实现相对要简单一些，一般通用做法是内部的存储器可以由上位机的软件通过串口来进行改写。对于单片机来讲可以通过SPI或其它的串行接口接收上位机传来的数据并写入存储器中。所以即使我们将芯片焊接在电路板上，只要留出和上位机接口的这个串口，就可以实现芯片内部存储器的改写，而无须再取下芯片。
  IAP的实现相对要复杂一些，在实现IAP功能时，单片机内部一定要有两块存储区，一般一块被称为BOOT区，另外一块被称为存储区。单片机上电运行在BOOT区，如果有外部改写程序的条件满足，则对存储区的程序进行改写操作。如果外部改写程序的条件不满足，程序指针跳到存储区，开始执行放在存储区的程序，这样便实现了IAP功能。
  2 ISP和IAP的优点
  ISP技术的优势是不需要编程器就可以进行单片机的实验和开发，单片机芯片可以直接焊接到电路板上，调试结束即成成品，免去了调试时由于频繁地插入取出芯片对芯片和电路板带来的不便。
  IAP技术是从结构上将Flash存储器映射为两个存储体，当运行一个存储体上的用户程序时，可对另一个存储体重新编程，之后将程序从一个存储体转向另一个。
  ISP的实现一般需要很少的外部电路辅助实现，而IAP的实现更加灵活，通常可利用单片机的串行口接到计算机的RS232口，通过专门设计的固件程序来编程内部存储器，可以通过现有的INTERNET或其它通讯方式很方便地实现远程升级和维护。

IAP的编写流程

设计思想

由Bootloader负责检测SD卡中是否有固件更新所需的BIN文件。如果检测到所需要的BIN文件，则开始复制文件更新固件。更新结束后跳转到指定的地址开始执行最新的程序。

　　知识要点

　　STM32内部FLASH的起始地址为0X08000000,Bootloader程序文件就从此地址开始写入，存放APP程序的首地址设置在紧跟Bootloader之后。当程序开始执行时，首先运行的是Bootloader程序，此时Bootloader检测SD卡中的BIN文件并将其复制到APP区域使固件得以更新,固件更新结束后还需要跳转到APP程序开始执行新的程序,完成这最后这一步要了解Cortex-M3的中断向量表：

　　程序启动后，将首先从“中断向量表”取出复位中断向量执行复位中断程序完成启动，当复位中断程序运行完成后才跳转到main函数。由此可见，在最后一步的设计中需要根据存放APP程序的起始地址以及中断向量表来设置栈顶地址，并获取复位中断地址跳转到复位中断程序。接下来开始分析程序设计步骤。

　　Bootloader程序设计

　　1.确定存放APP程序的首地址

　　#define FLASH_APP_ADDR 0x08010000 //应用程序起始地址(存放在FLASH)上一句代码中是0X08010000可以看出，留给Bootloader程序的存储空间大小为64K。存放APP程序的起始地址为0X08010000。

　　2.Bootloader检测是否有BIN文件

　　gCheckFat = f_open(&FP_Struct,"/APP/LIKLON.BIN",FA_READ);//判读gCheckFat确定上面的代码是检测是否存在liklon.bin这个文件存在，其中liklon.bin文件就是固件升级所需要的BIN文件。

　　3.复制文件到指定地址

　　上一步中如果gCheckFat为0则表示存在所需BIN文件，则可以执行这一步。f_read (&FP_Struct,ReadAppBuffer,512,(UINT *)&ReadNum); //读取512个字节将512个字节转换为256个16位的数据存放在ChangeBuffer数组中，准备写入FLASH。FlashWrite(FLASH_APP_ADDR + i * 512,ChangeBuffer,256); //向指定地址写入读出数据向APP程序区写入512个字节的数据。按照这样读取写入，就可以完成对APP程序区的更新。

4.跳转到新程序运行

　　更新完程序后就需要跳转到新程序开始运行，具体实现看下面代码：

　　typedef void (*iapfun)(void); //定义一个函数类型的参数
　　iapfun jump2app;
　　__asm void MSR_MSP(u32 addr) //设置堆栈指针
　　{
   　　MSR MSP, r0
   　　BX r14
　　}
　　//跳转到应用程序段
　　//appxaddr:用户代码起始地址.
　　void iap_load_app(u32 appxaddr)
　　{
   　　if(((*(vu32*)appxaddr)&0x2FFE0000)==0x20000000) //检查栈顶地址是否合法.
   　　{
         　　jump2app = (iapfun)*(vu32*)(appxaddr+4);//用户代码区第二个字为程序开始地址(复位地址)，此处查看中断向量表可知
         　　MSR_MSP(*(vu32*)appxaddr);//初始化APP堆栈指针(用户代码区的第一个字用于存放栈顶地址)
         　　jump2app(); //跳转到APP，执行复位中断程序
   　　}
　　}

　　APP程序设计注意

　　1.编译软件需要做出设置：

　　在Bootloader程序中已经指定了APP程序存储的起始地址为0x08010000,所以在APP程序设计时需要将编译软件这里做出设置，修改起始地址和大小。

　　2.修改system_stm32f10x.c文件

　　同样是针对于APP的起始地址改变而修改这里的偏移量，如上图所示。

　　文中只是简单的介绍了关于Bootloader程序的设计，作为抛砖引玉，大家可以继续深入，添加数据校验和程序加密等。

///跳转函数具体说明

1、函数原型：

void Jump_Address(void)

{

if (((*(volatile u32*)ApplicationAddress) & 0x2FFE0000 ) == 0x20000000)

{

test = (*(volatile u32*)ApplicationAddress);

JumpAddress = *(volatile u32*) (ApplicationAddress + 4);

Jump_To_Application = (pFunction) JumpAddress;

__set_MSP(*(volatile u32*) ApplicationAddress);

Jump_To_Application();

}

2、if (((*(volatile u32*)ApplicationAddress) & 0x2FFE0000 ) == 0x20000000)分析：

ApplicationAddress存放的是用户程序Flash的首地址，(*(volatile u32*)ApplicationAddress)的意思是取用户程序首地址里面的数据，这个数据就是用户代码的堆栈地址，堆栈地址指向RAM，而RAM的起始地址是0x20000000，因此上面的判断语句执行：判断用户代码的堆栈地址是否落在:0x20000000~0x2001ffff区间中，这个区间的大小为128K，笔者查阅STM32各型号的RAM大小，目前RAM最大的容量可以做到192K+4K，时钟频率为168MHZ。一般情况下，我们使用的芯片较多的落在<128K RAM的区间，因此上面的判断语句是没有太大问题的。

3、经过2的分析，test保存的就是堆栈地址（并且是应用程序堆栈的栈顶地址），查看STM32的向量表，可以知道：栈顶地址 + 4 存放的是复位地址，因此JumpAddress存放的是复位地址。

4、调用__set_MSP函数后，将把用户代码的栈顶地址设为栈顶指针

5、Jump_To_Application();的意思就是设置PC指针为复位地址。

CORTEX-M3上电后后检测BOOT引脚的电平来决定PC的位置。例：BOOT设置为FLASH启动，启动后CPU会先取两个地址：一个是栈顶地址，另一个是复位地址。因此才有了第4、第5点的写法。

一般的我们可以：

将 flash 分成四个区域地址区域由低到高
最低地址的
1号区域放bootloader程序的地址区间
2号区域flash放一个存放操作标志数的区间
3号区域app1的地址区间
4号区域app2的地址区间

每回主控上电或者复位
  先去读取2号区域的数值
   假设如果区域2 的 flash的标志数读回来是
      1跳转运行3号区域app1的程序             运行app1的时候如果检测到升级操作指示
               写2号区域flash标志数4  软后软件复位单片机
            没有升级指示  正常运行app1
      2跳转运行4号区域app2的程序
            运行app2的时候如果检测到升级操作指示
               写2号区域flash标志数3  软后软件复位单片机
            没有升级指示  正常运行app2
      3执行bootloader升级app1区域
               刷写完程序以后并校验该程序区域
                  如果校验正确写区域2flash的标志数为 1 软后软件复位单片机
                  如果校验错误写区域2flash的标志数为 2 软后软件复位单片机
      4执行bootloader升级app2区域
            刷写完程序以后并校验该程序区域
                  如果校验正确写区域2flash的标志数为 2 软后软件复位单片机
                  如果校验错误写区域2flash的标志数为 1 软后软件复位单片机

以上就是我的升级思路
但是这里要考虑到程序运行错误的情况就是硬件错误  跑飞
我都会在有可能出现错误时掉进的while里
写一段软件复位程序
这段错误处理程序可以这么写
先读取  区域2flash的标志数
看看现在运行出错的app是哪个区域的
如果是区域3的app1那么就把区域2的flash标志数写为2  然后软件复位  这样复位以后运行的就是app2了
如果是区域4的app2那么就把区域2的flash标志数写为1  然后软件复位  这样复位以后运行的就是app1了

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