[STM32]HAL库实现自己的BootLoader-BootLoader与OTA-STM32CUBEMX

一、前言

    听到BootLoader大家一定很熟悉，在很多常见的系统中都会存在BootLoader。本文将介绍BootLoader的含义和简易实现，建议大家学习前掌握些原理基础。

二、BootLoader

    Boot系统即设备启动时优先运行的程序，可以帮助我们选择进入哪一个系统。在电脑中，Boot系统也是十分重要的，系统的基础功能和引导功能都是有Boot实现的。

    而Loader即载入系统，载入用户真正使用的系统。

    系统上电后，先进入Boot程序，由Boot程序决定进入系统，还是等待用户指令。以单片机为例，假设其Flash为20K，那么我可以将其分为两个区域，一个区域用于存储Boot程序，一个区域用于存储应用程序（APP），而Boot程序只烧写一次，用户烧录APP程序时，仅擦除APP区域。

    Boot程序作为独立的单片机程序，当然也可以完成擦除和写入Flash的功能，如果我们在Boot程序运行时，将APP对应的Flash信息发送给Boot程序，由Boot程序对Flash中的APP区的擦除和写入，那是不是同样能实现烧写程序的功能。

    如果将发送方式改为蓝牙、WIFI等无线形式，是不是就能对APP程序实现远程烧写。既然远程烧写能够实现，那么远程升级的功能应运而生，这就是OTA（On The Air）。

三、BootLoader的实现

    配置基础的STM32CUBEMX工程，此处选用芯片为STM32F103C8T6.

    此处我只配置了一个串口（波特率256000，自定），用于输出调试信息，并使能DMA和中断。

    打开项目工程。此处STM32F103C8T6的Flash为64K,其实地址为0x08000000，则Flash范围为0x0800 0000~0x0800 FFFF，此处我划Boot分区16K，APP分区48K，则Boot分区Flash范围为：0x0800 0000~0x0800 3FFF，Size = 0x4000。

    按照下图配置。

    如果你使用ST-Link或者其他烧写器的话，在Boot程序工程中要勾选**全部擦除**。

    此时，我们让设备等待三秒，随后进入APP。

__asm void MSR_MSP(uint32_t addr)
{
    MSR MSP, r0
    BX r14;
}
 
void App_Loading(void)
{
    APP_FUNC Jump;//定义一个函数指针
    printf("\n%x\n",(*(uint32_t *)APP_ADDR)&0x2FFFFFFF);
    // 栈顶地址是否合法
    if(((*(uint32_t *)APP_ADDR)&0x2FFFFFFF) < (0x20000000+0x400 * RAM_SIZE))
    {
        printf("Start To APP");
        //设置栈指针 
        MSR_MSP(APP_ADDR);
        // 获取复位地址
        Jump=(APP_FUNC)*(volatile uint32_t *)(APP_ADDR+4);    
        //设置栈指针
        __set_MSP(*(volatile uint32_t *)APP_ADDR);
        //关闭所有中断
        __set_PRIMASK(1);
        // 跳转至APP 
        Jump();
    }
    else{
        
        printf("Address Not Found");
        
    }
}

    将程序烧写进单片机，Boot程序就已经下载完成了。

    注意，使用printf函数需要重写fputc并且勾选MicroLib。

#include "stdio.h"

int fputc(int c, FILE* stream)
{
    uint8_t ch[]={c};
    HAL_UART_Transmit(&huart1,ch,1,0xffff);
    return c;
}

四、APP程序

    在自己定制的BootLoader中，APP的程序与日常使用的程序有些许不同，由于在BootLoader中我们更改了一些参数配置，为了能够顺利跳转到APP程序中。但这些配置需要恢复才能让APP程序正常运行。

    使用STM32CUBEMX生成一个LED闪烁的程序，使用Keil打开工程。

    先配置程序烧写区域，上述中Boot区域占16K，因此APP程序起始地址为0x0800 4000 ,APP程序48K，即Size = 0xC000。

    有ST-LINK的情况下，需要设置烧写模式为仅擦除训选择区域，防止擦除Boot程序。

    随后在main.c中main函数中添加这两条语句。

    //SCB ->VTOR = FLASH_BASE | OFFSET;
    SCB ->VTOR = FLASH_BASE | 0x4000;
    __set_PRIMASK(0);

五、效果展示

    将单片机程序烧写进板子后，打开串口助手，并观察效果。

    观察到单片机顺利进入APP程序，并且实现了交替闪烁。

六、拓展

    大家可以添加菜单模式，比如通过串口收到某个指令随后进入菜单模式，实现擦除或者其他操作。我实现了一小部分，大家可以看看。源码不需要积分。

    本文仅帮助快速实现BootLoader，具体原理讲解将在另一篇博文进行。

    BootLoader源工程：BootLoader

    APP源工程：简易APP配套BootLoader