前沿：

最近在做STM32的USB Bootlader/IAP功能，也就是通过USB实现固件升级，本文介绍下实现的基本思路，希望对实现IAP的同学一个参考，改方法已经在产品中得到实际应用并验证是比较合理，稳定可靠的。



程序空间划分：

在单片机的程序Flash中分两个区，分别存储Bootloader代码和App代码，Bootloader放到代码起始地址，也就是0x08000000，App放到0x8020000地址，中间预留了很多的地址空间，主要是为了用来存储一些需要掉电保存的数据，比如我在0x0800C000地址就存放了App程序运行后写入该地址的标志数据。



启动流程：

上电后自然是运行Bootloader程序，Bootloader运行后，做的第一件事情如下所示

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if((*((uint32_t *)EXE_FLAG_ADDR))==0x12345678){
  JumpToApplication(APP_START_ADDR);
}



也就是判断App运行标志是否有效，这个标志是存放到EXE_FLAG_ADDR地址的，若有效就直接跳转到App程序运行，这个时间很短，所以用户看不到有Bootloader执行的效果，感觉就是直接运行的App程序，进入App程序后，App程序第一件事情如下

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if((*((uint32_t *)EXE_FLAG_ADDR))==0xFFFFFFFF){
  uint32_t ExeFlag = 0x12345678;
  __set_PRIMASK(1);//禁止全局中断
  FLASH_Unlock();
  ProgramDatatoFlash(EXE_FLAG_ADDR,(uint8_t*)(&ExeFlag),4);
  FLASH_Lock();
}



也就是判断App标志是否有效，若有效则直接执行后面的程序，若无效则需要在EXE_FLAG_ADDR地址写入执行标志。

Bootloader程序判断App标志若无效，那么Bootloader就不会直接跳转到App，因为这个时候是需要进行升级App的操作，所以程序就进入Bootloader的正常工作流程，也就是等待升级App的各种命令，比如擦出固件，烧写固件，校验固件等。当固件成功写入并校验通过之后，PC端就可以发送一个程序跳转命令跳转到App执行。



PC端操作流程：

PC端和单片机是通过USB进行数据交换的，当然用其他方式也可以，基本流程都是差不多的。

PC程序首先当然是扫描设备，打开设备，然后调用获取固件信息的函数，调用该函数后可以得知当前固件的名称，版本号，固件类型（Bootloader还是App），若发现当前固件不是Bootloader，那么就得通过USB给固件发送一个程序跳转命令，也就是跳转到Bootloader代码执行，当然App在跳转到Bootloader的时候必须把EXE_FLAG_ADDR地址的标志数据擦出掉，这样Bootloader才能进入正常的升级流程。

控制固件程序进入Bootloader之后，PC端程序将打开App固件程序文件，然后根据文件大小，发送擦出App代码存储区域Flash的数据，然后再分包将固件发送给单片机，单片机端Bootlader程序接收到数据后将数据写入App的Flash区域，数据写完之后再进行校验，我是通过计算CRC16的方式进行校验的，校验通过之后就可以发送跳转命令控制程序跳转到App运行了，到此升级流程完毕。



PC端程序代码：

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// USB2XXXTest.cpp : Defines the entry point for the console application.
//
#include "stdafx.h"
#include <stdlib.h>
#include "../../USB2XXX/source/bootloader.h"
int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
        int PackSize = 1024*10;
        int TimeOut = 0;
        int ApplicationAddress = 0x08020000;
        int BootAddress = 0x08000000;
        FW_INFO FwInfo;
        bool state;
        int ret;
        //扫描查找设备
        ret = BT_ScanDevice(true);
        if(ret <= 0){
                printf("No device connected!\n");
                return 0;
        }
        //打开设备
        state = BT_OpenDevice(0);
        if(!state){
                printf("Open device error!\n");
                return 0;
        }
        //获取固件信息
        BT_GetFirmwareInfo(0,&FwInfo);
        printf("Firmware Name:%s\n",FwInfo.FirmwareName);
        printf("Firmware Functions:%08X\n",FwInfo.Functions);
        //判断当前固件是否为Bootloader固件
        while(!(FwInfo.Functions&FUNCTION_BOOTLOADER)){
                //控制程序跳转到Bootloader
                state = BT_ExcuteFirmware(0,BootAddress);
                printf("BT_ExcuteFirmware state = %d\n",state);
                BT_CloseDevice(0);
         
                do{
                        Sleep(100);
                        ret = BT_ScanDevice(true);//扫描查找设备
                        if((ret <= 0)&&(TimeOut > 50)){
                                printf("No device connected!\n");
                                return 0;
                        }else if(ret > 0){
                                break;
                        }
                        TimeOut++;
                }while(ret<=0);
                TimeOut = 0;
                do{
                        Sleep(100);
                        state = BT_OpenDevice(0);//打开设备
                        if((!state)&&(TimeOut > 50)){
                                printf("Open device error!\n");
                                return 0;
                        }else if(state){
                                break;
                        }
                        TimeOut++;
                }while(!state);
                //获取固件信息
                BT_GetFirmwareInfo(0,&FwInfo);
                printf("Firmware Name:%s\n",FwInfo.FirmwareName);
                printf("Firmware Functions:%08X\n",FwInfo.Functions);
        }
        //打开固件文件
        FILE *pFile=fopen("Project.bin","rb"); //获取文件的指针
        fseek(pFile,0,SEEK_END); //把指针移动到文件的结尾 ，获取文件长度
        int FileLen=ftell(pFile); //获取文件长度
        static char *pBuf = (char *)malloc(FileLen);  //定义文件指针
        if(pBuf == NULL){
                printf("malloc error\n");
                return 0;
        }
        rewind(pFile); //把指针移动到文件开头 因为我们一开始把指针移动到结尾，如果不移动回来 会出错
        fread(pBuf,1,FileLen,pFile); //读文件
        fclose(pFile); // 关闭文件
        //擦除之前的固件
        state = BT_EraseSectors(0,ApplicationAddress,ApplicationAddress+FileLen);
        if(!state){
                printf("BT_EraseSectors error!\n");
                return 0;
        }else{
                printf("BT_EraseSectors success\n");
        }
        //循环写入固件数据到芯片Flash
        int PackIndex = 0;
        for(PackIndex=0;PackIndex<FileLen/PackSize;PackIndex++){
                state = BT_WriteData(0,ApplicationAddress+PackIndex*PackSize,(unsigned char *)(&pBuf[PackIndex*PackSize]),PackSize,0);
                if(!state){
                        printf("BT_WriteData Error\n");
                        return 0;
                }
        }
        if(FileLen%PackSize){
                state = BT_WriteData(0,ApplicationAddress+PackIndex*PackSize,(unsigned char *)(&pBuf[PackIndex*PackSize]),FileLen%PackSize,0);
                if(!state){
                        printf("BT_WriteData Error\n");
                        return 0;
                }
        }
        printf("BT_WriteData Success\n");
        //循环校验数据是否写成功
        for(PackIndex=0;PackIndex<FileLen/PackSize;PackIndex++){
                state = BT_VerifyData(0,ApplicationAddress+PackIndex*PackSize,(unsigned char *)(&pBuf[PackIndex*PackSize]),PackSize);
                if(!state){
                        printf("BT_VerifyData Error\n");
                        return 0;
                }
        }
        if(FileLen%PackSize){
                state = BT_VerifyData(0,ApplicationAddress+PackIndex*PackSize,(unsigned char *)(&pBuf[PackIndex*PackSize]),FileLen%PackSize);
                if(!state){
                        printf("BT_VerifyData Error\n");
                        return 0;
                }
        }
        printf("BT_VerifyData Success\n");
        //执行固件
        state = BT_ExcuteFirmware(0,ApplicationAddress);
        printf("BT_ExcuteFirmware state = %d\n",state);
        //关闭设备
        BT_CloseDevice(0);
        return 0;
}



PC端程序运行效果如下所示：

 



后记：

我是用STM32F4+USB3300高速USB实现IAP功能的，12K的App代码几乎瞬间下载完毕，整个程序测试了很多次，没一次出问题...

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