YTM32B1MD1微控制器的boot swap機制和用法

Introduction

Pricinple & Machenisim

Application

基本的boot swap用例

不更新bootloader的情況

更新bootloader的情況

Conclusion

Introduction

客戶在開發(fā)量產(chǎn)型的ECU軟件時，大多會考慮實現(xiàn)OTA（在線更新）的功能，方便在將ECU設(shè)備裝車之后，可以利用通信過程更新固件。OTA的實現(xiàn)技術(shù)中，為了提升更新過程的安全性，避免在更新過程中因意外中斷導(dǎo)致整個ECU軟件系統(tǒng)崩潰，通常會考慮備份更新的方式，如果本次更新固件的過程被意外中斷，MCU仍可啟動至最近一次能夠正常運行的固件中，故而在MCU的片內(nèi)flash中實際會存放至少兩份程序，A程序和B程序。

這兩份程序存放在不同的存儲區(qū)，在創(chuàng)建這些application程序時，需要分別調(diào)整linker地址，讓A程序和B程序映射到指定對應(yīng)不同的地址區(qū)才能正常運行。芯片在上電啟動后進入bootloader，經(jīng)過信息安全檢查、完整性檢查、有效性檢查等一些列判定條件之后，有選擇地跳轉(zhuǎn)到存放在不同地址的application程序。而在更新程序的時候，也要分別更新不同區(qū)域的程序。

為了簡化開發(fā)者和用戶區(qū)分application程序的A / B版本，有些專用于ECU的MCU，設(shè)計了硬件支持flash存儲的AB面交換功能（boot swap），對應(yīng)于兩塊獨立的但地址連續(xù)拼接的flash存儲器（pflash0和pflash1），可以通過軟件配置，指定哪塊flash存儲區(qū)被映射到0x0000_0000開始的位置。如此，將用于更新的固件application工程，其linker可以不做調(diào)整，始終為一份工程。在bootloader更新固件的過程中，將實際運行地址空間的程序，先寫到備份flash存儲區(qū)（例如flash的后半段）中，在更新成功完畢后，再執(zhí)行boot swap命令，將備份flash存儲區(qū)映射到實際運行的地址空間（例如，flash地址區(qū)間的前半段）。復(fù)位芯片后，就會從備份轉(zhuǎn)正的flash啟動，執(zhí)行新的application了。如此，兩個獨立的存儲區(qū)可互為備份。

Pricinple & Machenisim

以YTM32B1MD1微控制器為例，介紹boot swap的機制和用法。

YTM32B1MD1微控制片上集成了2片容量為256KB的flash，稱為pflash0和pflash1，總計512KB。默認情況下，pflash0被映射在0x0000_0000開始的地址空間，pflash1拼接在pflash0之后。當執(zhí)行了boot swap命令后，復(fù)位，pflash1的物理存儲被映射到0x0000_0000開始的地址空間，pflash0拼接在pflash1之后。

執(zhí)行boot swap命令的具體操作，就是向EFM模塊的CMD寄存器中，寫入boot swap的命令碼0x30。如圖x所示。

圖x boot swap的命令碼

而在，EFM模塊的STS寄存器中，可以通過查看BOOT_INFO標志位，判定當前0x0000_0000開始的區(qū)域映射到哪塊pflash上。如圖x所示。

圖x boot_info標志位

切記，只有當芯片復(fù)位之后，新的設(shè)置才能生效。通常開發(fā)者可以在軟件中，執(zhí)行boot swap命令后，再調(diào)用NVIC_SystemReset()函數(shù)復(fù)位生效。

當然，如果不適用boot swap機制，兩塊拼接在一起的pflash存儲器，也可以作為一個地址連續(xù)的大存儲器。仍然可以適配一些使用回滾策略或者使用復(fù)制方式實現(xiàn)的FOTA等機制。

Application

這里提供了一個可運行的用例，展示boot swap的用法。同時還討論了一些同boot swap功能相結(jié)合的bootlaoder方案的策略。

基本的boot swap用例

在展示boot swap基本用法的用例中，在main()函數(shù)中編寫用例，在同一份代碼中，查看BOOT_INFO標志位，然后打印出來，告知開發(fā)者當前的程序（總是從0x0000_0000開始）運行在哪塊pflash上。

在運行用例時，需要進行兩次下載：第一次下載程序，下載到從0x0000_0000開始的pflash0中，運行程序后，0x0000_0000地址切換到pflash1上，此時，還需要再下載一次程序，程序會覆蓋到pflash1上。注意，第一次下載程序后運行，從pflash1開始啟動，pflash1此時沒有可執(zhí)行的程序，可能會出現(xiàn)“卡死”的狀態(tài)。

/*main.c*/

#include"board_init.h"

/*
*Functions.
*/
intmain(void)
{
BOARD_Init();

printf("efm_swap_bool_flash.
");

if(0u==(EFM_FLAG_BOOT_INFO&EFM_GetStatusFlags(BOARD_EFM_PORT)))
{
printf("bootfrompflash0.
");
}
else
{
printf("bootfrompflash1.
");
}

printf("pressanykeytolaunchtheEFM_SwapBootFlash()...
");
uint8_tch=getchar();
putchar(ch);/*echotocheckinput.*/

/*switchthebootflash.*/
EFM_SwapBootFlash(BOARD_EFM_PORT);

printf("EFM_SwapBootFlash()done.
");

printf("NVIC_SystemReset()

");
NVIC_SystemReset();

while(1)
{
}
}

進行了兩次下載之后，pflash0和pflash1上都存放了相同的一份程序。但運行時，每個pflash的程序會查閱BOOT_INFO標志位，從而打印不同的信息。如此相互交替。如圖x所示。

圖x 運行efm_swap_boot_flash

不更新bootloader的情況

在支持A / B面的平臺上，設(shè)計bootloader + application的存儲結(jié)構(gòu)。為了確保程序總是從bootloader開始執(zhí)行，實際上是在兩個pflash的開始位置存放了兩個相同的bootloader，對應(yīng)跳轉(zhuǎn)到自己專屬的application。如圖x所示。如此，在一個pflash中執(zhí)行更新另一個pflash中的程序時，僅更新其中application的區(qū)域。在執(zhí)行boot swap和復(fù)位操作后，將會直接跳轉(zhuǎn)到相同的一份bootloader，并進一步跳轉(zhuǎn)到新的application，從而實現(xiàn)僅更新application的效果。

圖x 帶有bootloader的AB面存儲規(guī)劃

這里還討論了一種使用片上flash存放參數(shù)（模擬eeprom）的情形。當存放數(shù)據(jù)（以地址映射方式訪問）在pflash0上后，若執(zhí)行boot swap命令后，實際存放數(shù)據(jù)的內(nèi)存區(qū)域，其地址映射發(fā)生了變化。但在程序中，若仍使用原來的地址訪問數(shù)據(jù)，則不會訪問到正確的存儲區(qū)。此時，如果仍想用一份固定的代碼，以“自適應(yīng)”的方式訪問之前存放數(shù)據(jù)的區(qū)域，一種可行的方式，是借助于BOOT_INFO標志位進行判斷。

uint32_teep0_base_addr=(BOOT_INFO=1)?0x3C000:0x1C000;
uint32_teep1_base_addr=(BOOT_INFO=0)?0x3C000:0x1C000;

更新bootloader的情況

如果進一步考慮更新bootloader的情況，就需要在更新策略上，在其中一個pflash中執(zhí)行更新另一個pflash程序的過程中，連帶這另一個pflash中的bootlaoder部分一起更新掉。如此，在執(zhí)行boot swap和復(fù)位操作后，將會直接跳轉(zhuǎn)到新的bootloader，從而實現(xiàn)更新bootloader的效果。

Conclusion

在有A / B分區(qū)的存儲平臺上，設(shè)計boot swap是為了實現(xiàn)備份程序和提升更新固件提供了便利。操作簡單，效果明顯。