AT32講堂002 | AT32 MCU如何使用OTA通過USART實(shí)現(xiàn)對固件的在線升級更新

概述空中下載技術(shù)OTA（Over-the-Air Technology）是用戶自己的程序在運(yùn)行過程中對UserFlash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(shí)現(xiàn)OTA功能時(shí)，即用戶程序運(yùn)行中作自身的更新操作，需要在設(shè)計(jì)固件程序時(shí)編寫兩個(gè)項(xiàng)目代碼，第一個(gè)項(xiàng)目程序?yàn)锽ootloader區(qū)域，第二個(gè)項(xiàng)目程序App代碼為真正的功能代碼，執(zhí)行應(yīng)用和升級。這兩部分項(xiàng)目代碼同時(shí)燒錄在User Flash中。圖1. OTA代碼執(zhí)行流程

在上圖所示流程中，MCU復(fù)位后，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(yùn)行完復(fù)位中斷服務(wù)程序之后跳轉(zhuǎn)到Bootloader的main函數(shù)，如圖標(biāo)號①所示；在執(zhí)行完Bootloader以后（App代碼為圖中FLASH灰底部分App程序的復(fù)位中斷向量起始地址為0x08000004+N+M），跳轉(zhuǎn)至App程序的復(fù)位向量表，取出App程序的復(fù)位中斷向量的地址，并跳轉(zhuǎn)執(zhí)行App程序的復(fù)位中斷服務(wù)程序，隨后跳轉(zhuǎn)至App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(gè)死循環(huán)，并且注意到此時(shí)AT32的FLASH，在不同位置上，共有兩個(gè)中斷向量表。

在main函數(shù)執(zhí)行過程中，如果CPU得到一個(gè)中斷請求，PC指針仍強(qiáng)制跳轉(zhuǎn)到地址0x08000004中斷向量表處，而不是App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(yùn)行，如圖標(biāo)號⑥所示。

通過以上兩個(gè)過程的分析，我們知道OTA程序必須滿足兩個(gè)要求：

1) App程序必須在Bootloader程序之后的某個(gè)偏移量為x的地址開始。2) 必須將App程序的中斷向量表相應(yīng)的移動，移動的偏移量為x。

AT32 USART OTA 快速使用方法

硬件資源

文檔中是用AT-START-AT32F403A實(shí)驗(yàn)板的硬件條件為例，OTA 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(shí)驗(yàn)板運(yùn)行即可。1) 指示燈LED2/LED3/LED42) USART1(PA9/PA10)3) AT-START實(shí)驗(yàn)板

軟件資源

1) tool_release● IAP_Programmer.exe，PC機(jī)tool，用于演示OTA升級流程2) source_code● Bootloader，Bootloader源程序，運(yùn)行LED2閃爍● App_led3_toggle，App1源程序，運(yùn)行LED3閃爍● App_led4_toggle，App2源程序，運(yùn)行LED4閃爍注：工程基于keil v5建立，若用戶需要在其他編譯環(huán)境上使用，請參考對應(yīng)BSP目錄AT32F403A_407_Firmware_Library_V2.x.x\project\at_start_f403a\templates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。

OTA Demo 使用

本文檔描述了兩種常用的OTA應(yīng)用demo，template app和dual app，后面章節(jié)會分別介紹。

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(shí)驗(yàn)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(diǎn)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(jī)
Template app OTA程序設(shè)置

地址分布

圖3. Flash地址分配

注：Bootloader區(qū)域最后一個(gè)扇區(qū)，用于存放防止升級過程出錯(cuò)（掉電等異常情況）的flag，用戶編譯修改Bootloader時(shí)，要保證不覆蓋flag的地址。

執(zhí)行流程

OTA分為Bootloader、App和Template三部分，應(yīng)用在App中執(zhí)行，Template僅作為新App固件數(shù)據(jù)的臨時(shí)存放空間。程序執(zhí)行整體流程框圖如下：

圖4. 程序執(zhí)行流程

Bootloader project 設(shè)置

1) Keil設(shè)置

圖5. Bootloader project中address 1在Keil設(shè)置

2)Bootloader源程序修改ota.h文件中

圖6. Bootloader project中address 2在程序中設(shè)置

App project 設(shè)置

OTA demo提供了2個(gè)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(jì)步驟如下：

1)Keil工程設(shè)置

圖7. App project中address 2在Keil設(shè)置

2) App1源程序設(shè)置

圖8. 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(xiàng)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OTA更新。通過以上3個(gè)步驟，我們就可以得到一個(gè).bin的APP程序，通過Bootloader程序即可實(shí)現(xiàn)更新。4) 開啟debug app code功能如果在設(shè)計(jì)App code過程中需要對App project進(jìn)行單獨(dú)調(diào)試，請按照以下操作。●先下載Bootloader工程●再調(diào)試App工程Dual app OTA與程序設(shè)置

地址分布

圖9. Flash地址分配

注：Bootloader區(qū)域最后2個(gè)扇區(qū)，用于存放App是否正常的flag，用戶編譯修改Bootloader時(shí)，要保證不覆蓋flag的地址。

執(zhí)行流程

OTA分為Bootloader、App1和App2三部分，應(yīng)用在App1或App2中執(zhí)行。程序執(zhí)行整體流程框圖如下：

圖10. 程序執(zhí)行流程

Bootloader project設(shè)置

3) Keil設(shè)置圖11. Bootloader project中address 1在Keil設(shè)置

4) Bootloader源程序修改ota.h文件中

圖12. Bootloader project中address 2在程序中設(shè)置

App project設(shè)置

OTA demo提供了2個(gè)App程序供測試用，app_led3_toggle以0x800 4000為起始地址，app_led4_toggle以0x8080000為起始地址。App1 LED3閃爍，App2 LED4閃爍。以App1為例，設(shè)計(jì)步驟如下：5) Keil工程設(shè)置圖13. App project中address 2在Keil設(shè)置

6)App1源程序設(shè)置

圖14. App project向量表偏移在程序中設(shè)置7) 編譯生成bin文件通過User選項(xiàng)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OTA更新。通過以上3個(gè)步驟，我們就可以得到一個(gè).bin的APP程序，通過Bootloader程序即可實(shí)現(xiàn)更新。8) 開啟debug App code功能如果在設(shè)計(jì)App code過程中需要對App project進(jìn)行單獨(dú)調(diào)試，請按照以下操作?！?先下載Bootloader工程● 再調(diào)試App工程
Bootloader/App與上位機(jī)串口通信協(xié)議

程序與上位機(jī)通信，接收固件升級數(shù)據(jù)，上位機(jī)端和嵌入式端通信協(xié)議如下：

1) 上位機(jī)通信協(xié)議圖15. 上位機(jī)通信協(xié)議

2)嵌入式端下位機(jī)通信協(xié)議

圖16. 下位機(jī)通信協(xié)議

注：ACK：0xCCDDNACK：0xEEFFData：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0xFFChecksum：1byte，4bytes的Addr+2KBytes數(shù)據(jù)的校驗(yàn)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(jì)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(yùn)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(jī)、掃地機(jī)、光流無人機(jī)、熱成像儀、激光雷達(dá)、工業(yè)縫紉機(jī)、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(fèi)、商務(wù)及工控等領(lǐng)域。