CKS32F4xx系列產(chǎn)品的串口IAP功能詳解

MCU微課堂

CKS32F4xx系列產(chǎn)品串口IAP

第三十三期 2024.3.30

IAP，即在應(yīng)用編程。很多單片機都支持這個功能，CKS32F4xx系列也不例外。

IAP簡介

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

第一部分代碼必須通過其它手段，如JTAG或ISP燒入；第二部分代碼可以使用第一部分代碼IAP功能燒入，也可以和第一部分代碼一起燒入，以后需要程序更新時再通過第一部分IAP代碼更新。

我們將第一個項目代碼稱之為Bootloader程序，第二個項目代碼稱之為APP程序，他們存放在CKS32F4xx系列FLASH的不同地址范圍，一般從最低地址區(qū)開始存放Bootloader，緊跟其后的就是APP程序（注意，如果FLASH容量足夠，是可以設(shè)計很多APP程序的，本章我們只討論一個APP程序的情況,并且程序是存放在FLASH中）。這樣我們就是要實現(xiàn)2個程序：Bootloader和APP。

當(dāng)正常的程序加入IAP程序之后，程序運行流程如圖1所示：

圖1 加入IAP之后程序運行流程圖

在圖1所示流程中，CKS32F4xx系列復(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CKS32F4xx系列的FLASH，圖中灰底部分。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CKS32F4xx系列的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。

APP程序起始地址設(shè)置方法

隨便打開一個之前的實例工程，點擊Options for Target→Target選項卡，如圖2所示：

圖2 FLASH APP Target選項卡設(shè)置

默認(rèn)的條件下，圖中IROM1的起始地址（Start）一般為0X08000000，大小（Size）為0X100000，即從0X08000000開始的1024K空間為我們的程序存儲區(qū)。而圖中，我們設(shè)置起始地址（Start）為0X08010000，即偏移量為0X10000（64K字節(jié)），因而，留給APP用的FLASH空間（Size）只有0X100000-0X10000=0XF0000（960K字節(jié)）大小了。設(shè)置好Start和Szie，就完成APP程序的起始地址設(shè)置。這里的64K字節(jié)，需要根據(jù)Bootloader程序大小進行選擇，理論上我們只需要確保APP起始地址在Bootloader之后，并且偏移量為0X200的倍數(shù)即可。

中斷向量表的偏移設(shè)置方法

在系統(tǒng)啟動的時候，會首先調(diào)用SystemInit函數(shù)初始化時鐘系統(tǒng)，同時SystemInit還完成了中斷向量表的設(shè)置，打開SystemInit函數(shù)，可以看到函數(shù)體的結(jié)尾處有這樣幾行代碼：

#ifdef VECT_TAB_SRAM
  SCB->VTOR = SRAM_BASE | VECT_TAB_OFFSET;
#else
  SCB->VTOR = FLASH_BASE | VECT_TAB_OFFSET;
#endif

從代碼可以理解，VTOR寄存器存放的是中斷向量表的起始地址。默認(rèn)的情況VECT_TAB_SRAM是沒有定義,所以執(zhí)行SCB->VTOR=FLASH_BASE|VECT_TAB_OFFSET;對于FLASH APP，我們設(shè)置為FLASH_BASE+偏移量0x10000,所以我們可以在SystemInit函數(shù)里面修改SCB->VTOR的值。當(dāng)然為了盡可能不修改系統(tǒng)級別文件，我們可以也可以在FLASH APP的main函數(shù)最開頭處添加如下代碼實現(xiàn)中斷向量表的起始地址的重設(shè)：

SCB->VTOR = FLASH_BASE | 0x10000;

通過以上兩個步驟的設(shè)置，我們就可以生成APP程序了，只要APP程序的FLASH大小不超過我們的設(shè)置即可。

Bootloader程序

代碼清單1:iap_write_appbin函數(shù)

該函數(shù)用于將存放在串口接收buf里面的APP程序?qū)懭氲紽LASH。

void iap_write_appbin(u32 appxaddr,u8 *appbuf,u32 appsize)
{
u32 t;
u16 i=0;
u32 temp;
u32 fwaddr=appxaddr;//當(dāng)前寫入的地址
u8 *dfu=appbuf;
for(t=0;t
{    
temp=(u32)dfu[3]<<24;   
temp|=(u32)dfu[2]<<16;    
temp|=(u32)dfu[1]<<8;
temp|=(u32)dfu[0];   
dfu+=4;//偏移4個字節(jié)
iapbuf[i++]=temp;     
if(i==512)
{
i=0;
STMFLASH_Write(fwaddr,iapbuf,512);
fwaddr+=2048;//偏移2048  512*4=2048
}
}
if(i)STMFLASH_Write(fwaddr,iapbuf,i);//將最后的一些內(nèi)容字節(jié)寫進去.  
}

該函數(shù)用于跳轉(zhuǎn)到APP程序運行，其參數(shù)appxaddr為APP程序的起始地址，程序先判斷棧頂?shù)刂肥欠窈戏?，在得到合法的棧頂?shù)刂泛?，通過MSR_MSP函數(shù)（該函數(shù)在sys.c文件）設(shè)置棧頂?shù)刂?，最后通過一個虛擬的函數(shù)（jump2app）跳轉(zhuǎn)到APP程序執(zhí)行代碼，實現(xiàn)IAP→APP的跳轉(zhuǎn)。

void iap_load_app(u32 appxaddr)
{
if(((*(vu32*)appxaddr)&0x2FFE0000)==0x20000000)
{
jump2app=(iapfun)*(vu32*)(appxaddr+4);
MSR_MSP(*(vu32*)appxaddr);
jump2app();
}
}

本章我們是通過串口接收APP程序的，定義USART_REC_LEN為120K字節(jié)，也就是串口最大一次可以接收120K字節(jié)的數(shù)據(jù)，這也是本Bootloader程序所能接收的最大APP程序大小。然后新增一個USART_RX_CNT的變量，用于記錄接收到的文件大小，USART1_IRQHandler部分代碼如下：

void USART1_IRQHandler(void)         
{
u8 Res;
if(USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) != RESET)  
{
Res =USART_ReceiveData(USART1);//(USART1->DR); /
if(USART_RX_CNT
{
USART_RX_BUF[USART_RX_CNT]=Res;
USART_RX_CNT++;  
}  
}
}

Main函數(shù)里實現(xiàn)了串口數(shù)據(jù)處理，以及IAP更新和跳轉(zhuǎn)等各項操作，具體代碼參考例程。

Bootloader程序編寫完成之后，將其下載到CKS32F4xx系列開發(fā)板上，下載完成之后，再通過串口，發(fā)送FLASH APP程序到開發(fā)板，發(fā)送的程序是.bin文件，發(fā)送完成后，XCOM會提示文件發(fā)送完畢，如圖3所示。最后Bootloader程序?qū)瓿葾PP程序的更新和運行。

圖3 串口發(fā)送APP程序界面

審核編輯：黃飛

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