STM32--IAP程序升级实验

1. STM32程序升级方法

1.1 ST-link / J-link下载

将编译生成的hex文件使用ST-Link/J-Link工具直接下载进 Flash 即可。Keil中点击下载也能一键下载。下载后的代码会存放在Flash的起始地址0x0800 0000处。

简单补充一句，bin文件和hex文件的区别：

bin文件不带地址信息，因此下载的时候需要指定下载地址。
hex文件自带地址信息，直接点击下载自己会找到要下载到的地址（默认0x0800 0000）。

ST-LINK/J-LINK方式支持在线调试

1.2 ISP（In System Programing）

我们常见的一键下载电路就是用的这种方式。这个是利用了 STM32 自带的 Bootloader 升级程序。可以通过USB转串口，再通过ISP软件导入程序。

在用户参考手册中，可以看到下表，关于启动模式设置的。

ISP根据读取到的FLASH大小自动确定下载地址。

ST公司在系统存储器中存放了BootLoader引导程序，通过BootLoader引导程序可完成自启动，并通过向量表跳转至用户APP程序。一般可通过USART1、USART3、CAN2、USB对Flash重新编程。系统BootLoader的起始地址0x1FFF F000，进入系统自带的BootLoader后可利用STM32CubeProgrammer更新程序

不管通过何种方式，程序最后都是下载到主闪存存储器Flash里面的。

可以这么理解：芯片出厂时，系统存储器中已经存储了一段程序，这段程序的功能是将串口1（固定的）收到的数据，放到主闪存存储器（Flash）中，从0x0800 0000地址处开始。

1.3 IAP（In Application Programing）

IAP 和 ISP 其实基本上是一样的，都是通过串口接收程序，存放到FLASH中的某段地址。

ISP 是由厂商已经提供好的，因此接口固定(串口1)；

IAP可以自定义使用任何接口接收应用程序。因为这一点，用户可以用多种方式更新程序。

1.3.1 正常程序运行流程

正常情况下，程序从Flash启动时的流程如下：

1. 程序从Flash启动，根据中断向量表找到复位中断处理函数的地址。（0x0800 0004处是中断向量表的起始地址，也是中断向量表的起始，记录了复位中断处理函数的地址）。

2. 执行复位中断处理函数，初始化系统环境后跳转到main函数。

3. 在main函数的死循环中运行，直到有中断发生。

4. 中断发生时，跳转到中断向量表起始处，根据中断信号源跳找到相应的中断处理函数。

5. 中断处理函数执行完后返回到main函数继续运行。

1.3.2 IAP时程序运行流程

引入IAP后的启动流程如下图所示。在Flash中存储了两套程序：

Bootloader程序：自举程序。负责接收数据(APP应用程序代码)并将其存储到Flash中。

APP应用程序：我们真正的应用程序。

程序从Flash启动，根据中断向量表找到复位中断处理函数的地址。
执行复位中断处理函数后，跳转到Bootloader的main函数。该函数检查并保存新的APP程序到Flash，然后跳转到第二套程序运行。
一旦进入新的APP程序，根据中断向量表找到复位中断处理函数，进入App程序的main函数运行。
为确保中断能正确跳转到APP程序的中断处理函数，需要在APP程序中修改中断向量表的偏移，确保中断发生时能正确执行APP程序的中断处理函数。

ISP	IAP
在系统存储器中存储了一套接收串口1数据的程序	IAP是将Flash分成了两份，在第一份中存储了一套接收某个接口的程序
使用硬件BOOT引脚设置进行跳转	使用软件（直接修改PC指针）进行跳转
仅能使用芯片厂商设置好的接口（串口1）	用户自定义，理论上只要能接收数据的接口都可以用

2. STM32 Bootloader实现

bootloader基本概念

首先贴上参考文献，这位老哥开源了自己测试的代码，大家可以直接下载，此处做个补充完善

STM32深入系列02——BootLoader分析与实现_stm32 bootloader-CSDN博客文章浏览阅读3.3k次，点赞34次，收藏96次。stm32 bootloader功能分析与实现_stm32 bootloaderhttps://blog.csdn.net/weixin_46253745/article/details/135321134先说BootLoader的思想，对于新手来讲认识的编译后的程序就是.HEX文件，常见做法就是各种下载器或者usb转串口用ISP程序进行烧录，但是企业场景不可能每个设备挨个拿串口去传输，我要远程升级怎么办？

答案就是.BIN文件和BOOTLOADER自举思路。

在默认方式下，我们的嵌入式程序是以连续二进制的方式烧录到 STM32 的可寻址 Flash 区域上的。如果我们用的 Flash 容量大到可以存储两个或多个的完整程序，在保证每个程序完整的情况下，上电后的程序通过修改 MSP 的方式，就可以保证一个单片机上有多个有功能差异的嵌入式软件，这就是我们要讲解的 IAP 的设计思路。

通常实现 IAP 功能时，即用户程序运行中作自身的更新操作，需要在设计固件程序时编写两个项目代码，第一个项目代码通过USB、USART等方式接收更新程序并执行更新，第二个项目代码执行用户真正的功能。

我们将第一个项目代码称之为 Bootloader程序，第二个项目代码称之为 APP程序，他们存放在 STM32F429 FLASH 的不同地址范围。

bootloader原理

我们知道的复位方式有三种：上电复位，硬件复位和软件复位。当产生复位，并且离开复位状态后，CM4 内核做的第一件事就是读取下列两个 32 位整数的值：

（1）从地址 0x0000 0000 处取出堆栈指针 MSP 的初始值，该值就是栈顶地址。

（2）从地址 0x0000 0004 处取出程序计数器指针 PC 的初始值，该值指向复位后执行的第一条指令。下面用示意图表示，如图 9.1.1 所示。

上述过程中，内核是从 0x0000 0000 和 0x0000 0004 两个的地址获取堆栈指针 SP 和程序计数器指针 PC。事实上，0x0000 0000 和 0x0000 0004 两个的地址可以被重映射到其他的地址空间。

例如：我们将 0x0800 0000 映射到 0x0000 0000，即从内部 FLASH 启动，那么内核会从地址 0x0800 0000 处取出堆栈指针 MSP 的初始值，从地址 0x0800 0004 处取出程序计数器指针 PC 的初始值。CPU 会从 PC 寄存器指向的地址空间取出的第 1 条指令开始执行程序，就是开始执行复位中断服务程序 Reset_Handler。将 0x0000 0000 和 0x0000 0004 两个的地址重映射到其他地址空间，就是启动模式选择。

理论上所有程序都是从虚拟地址0x0000 0000开始启动！！！所谓不同的启动模式就是将物理地址0x08000000/0x20000000/0x1FFFF000映射到了虚拟地址0x0000 0000！！！从而MSP取值和CP取值的地址不同！！

flash、sram等存储空间都被映射到4GB的虚拟地址上。

测试过程的碎碎念

注意，划分Flash的时候，注意App程序起始地址，根据芯片不同起始地址倍数关系也不同

STM32F1：地址必须是4的倍数，因为每次写入只能写入32位数据，即4个字节。
STM32F4：地址可以从任意地址开始，因为每次写入可以写入8位数据，每个地址就是1个字节。
STM32L4：地址必须是8的倍数，因为每次写入只能写入64位数据，即8个字节。