AT32 MCU如何使用IAP通過USART實現(xiàn)對固件的在線升級更新

概述

IAP（In Application Programming）即在應(yīng)用編程，IAP是用戶自己的程序在運行過程中對User Flash的部分區(qū)域進(jìn)行燒寫，目的是為了在產(chǎn)品發(fā)布后可以方便地通過預(yù)留的通信口對產(chǎn)品中的固件程序進(jìn)行更新升級。通常實現(xiàn)IAP功能時，即用戶程序運行中作自身的更新操作，需要在設(shè)計固件程序時編寫兩個項目代碼，第一個項目程序不執(zhí)行正常的功能操作，而只是通過某種通信方式(如USB、USART)接收程序或數(shù)據(jù)，執(zhí)行對第二部分代碼的更新；第二個項目代碼才是真正的功能代碼。這兩部分項目代碼都同時燒錄在User Flash中，當(dāng)芯片上電后，首先是第一個項目代碼開始運行，它作如下操作：

1) 檢查是否需要對第二部分代碼進(jìn)行更新

2) 如果不需要更新則轉(zhuǎn)到4)

3) 執(zhí)行更新操作

4) 跳轉(zhuǎn)到第二部分代碼執(zhí)行

圖1. IAP代碼執(zhí)行流程

在上圖所示流程中，MCU復(fù)位后，還是從0x08000004地址取出復(fù)位中斷向量的地址，并跳轉(zhuǎn)到復(fù)位中斷服務(wù)程序，在運行完復(fù)位中斷服務(wù)程序之后跳轉(zhuǎn)到IAP的main函數(shù)，如圖標(biāo)號①所示；在執(zhí)行完IAP以后（即將新的APP代碼寫入AT32的FLASH，灰底部分。新程序的復(fù)位中斷向量起始地址為0x08000004+N+M），跳轉(zhuǎn)至新寫入程序的復(fù)位向量表，取出新程序的復(fù)位中斷向量的地址，并跳轉(zhuǎn)執(zhí)行新程序的復(fù)位中斷服務(wù)程序，隨后跳轉(zhuǎn)至新程序的main函數(shù)，如圖標(biāo)號②和③所示，同樣main函數(shù)為一個死循環(huán)，并且注意到此時AT32的FLASH，在不同位置上，共有兩個中斷向量表。

在main函數(shù)執(zhí)行過程中，如果CPU得到一個中斷請求，PC指針仍強制跳轉(zhuǎn)到地址0x08000004中斷向量表處，而不是新程序的中斷向量表，如圖標(biāo)號④所示；程序再根據(jù)我們設(shè)置的中斷向量表偏移量，跳轉(zhuǎn)到對應(yīng)中斷源新的中斷服務(wù)程序中，如圖標(biāo)號⑤所示；在執(zhí)行完中斷服務(wù)程序后，程序返回main函數(shù)繼續(xù)運行，如圖標(biāo)號⑥所示。

通過以上兩個過程的分析，我們知道IAP程序必須滿足兩個要求：

1) 新程序必須在IAP程序之后的某個偏移量為x的地址開始

2) 必須將新程序的中斷向量表相應(yīng)的移動，移動的偏移量為x

AT32 USART IAP 快速使用方法

硬件資源

文檔中是用AT-START-AT32F403A實驗板的硬件條件為例，IAP demo源代碼還包括AT32其他型號，用戶只需編譯對應(yīng)型號工程燒錄于AT-START實驗板運行即可。

1) 指示燈LED2/LED3/LED4 2) USART1(PA9/PA10) 3) AT-START實驗板軟件資源

1) tool_release

● IAP_Programmer.exe，PC機tool，用于演示IAP升級流程

2)source_code

● bootloader，bootloader源程序，運行LED2閃爍

● app_led3_toggle，app1源程序，運行LED3閃爍

● app_led4_toggle，app2源程序，運行LED4閃爍 注：工程基于keil v5和IAR8.2建立，若用戶需要在其他編譯環(huán)境上使用，請參考AT32F403A_407_Firmware_Library_V2.x.xprojectat_start_f403a emplates中各種編譯環(huán)境（例如IAR6/7/8, keil 4/5, eclipse_gcc）進(jìn)行對應(yīng)修改即可。

IAP Demo 使用

1) 打開bootloader工程源程序，選擇對應(yīng)MCU型號的target編譯后下載到實驗板

2) 打開IAP_Programmer.exe

3) 選擇正確的串口、APP下載地址和bin文檔，點擊Download下載，如下圖

4) 觀察LED2/3/4閃爍，LED2閃爍-bootloader工作，LED3閃爍-app1工作，LED4閃爍-app2工作

圖2. IAP demo上位機

AT32 USART IAP程序設(shè)置

地址分布

表1. 地址分布

注：bootloader區(qū)域最后一個扇區(qū)，用于存放防止升級過程掉電的flag，用戶編譯修改bootloader時，要保證不覆蓋flag的地址。

執(zhí)行流程

IAP分為Bootloader和App兩部分，應(yīng)用在App中執(zhí)行，升級過程在bootloader中執(zhí)行。程序執(zhí)行整體流程框圖如下： 圖3. 程序執(zhí)行流程

bootloader project 設(shè)置

1) Keil設(shè)置 圖4. bootloader project中address 1在Keil設(shè)置

2) bootloader源程序修改Iap.h文件中 圖5. bootloader project中address 2在程序中設(shè)置

app project 設(shè)置

IAP demo提供了2個app程序供測試用，皆以address 2（0x800 4000）為起始地址。app1 LED3閃爍，app2 LED4閃爍。以app1為例，設(shè)計步驟如下：

1)Keil工程設(shè)置 圖6. app project中address 2在Keil設(shè)置

2)app1源程序設(shè)置 圖7. app project向量表偏移在程序中設(shè)置

3) 編譯生成bin文件

通過User選項卡，設(shè)置編譯后調(diào)用fromelf.exe，根據(jù).axf文件生成.bin文件，用于IAP更新。通過以上3個步驟，我們就可以得到一個.bin的APP程序，通過bootloader程序即可實現(xiàn)更新。

4) 開啟debug app code功能

如果在設(shè)計app code過程中需要對app project進(jìn)行單獨調(diào)試，請按照以下操作。

a) 先下載bootloader工程

b) 再調(diào)試app工程

bootloader/app 與上位機串口通信協(xié)議

1)上位機通信協(xié)議

圖8. 上位機通信協(xié)議

2)IAP端下位機通信協(xié)議 圖9. IAP端下位機通信協(xié)議

注: ACK: 0xCCDD NACK: 0xEEFF Data: 0x31+Addr+數(shù)據(jù)+chenksum（1byte） Addr: 4bytes，高位在前 Kbytes，下載數(shù)據(jù)，不足2K內(nèi)容填充0xFF Checksum: 1byte，4bytes的Addr+2KBytes數(shù)據(jù)的校驗和的低八位

關(guān)于雅特力 雅特力科技于2016年成立，是一家致力于推動全球市場32位微控制器創(chuàng)新趨勢的芯片(MCU)設(shè)計公司，專注于ARM Cortex-M4/M0+的32位微控制器研發(fā)與創(chuàng)新，全系列采用55nm先進(jìn)工藝及ARM Cortex-M4高效能或M0+低功耗內(nèi)核，締造M4業(yè)界最高主頻288MHz運算效能，并支持工業(yè)級別芯片工作溫度范圍（-40°~105°）。 雅特力目前已累積相當(dāng)多元的終端產(chǎn)品成功案例：如微型打印機、掃地機、光流無人機、熱成像儀、激光雷達(dá)、工業(yè)縫紉機、伺服驅(qū)控、電競周邊市場、斷路器、ADAS、T-BOX、數(shù)字電源、電動工具等終端設(shè)備應(yīng)用，廣泛地覆蓋5G、物聯(lián)網(wǎng)、消費、商務(wù)及工控等領(lǐng)域。

審核編輯 ：李倩