STM32 OTA学习 Bootloader
STM32 OTA学习 Bootloader
本文是关于STM32 OTA(Over-The-Air)升级中Bootloader部分的详细学习笔记。记录了作者跟随"超子说物联网"视频教程学习GD32/STM32单片机OTA网络远程升级的过程，重点介绍了如何读取AT24C02存储器中的OTA更新标志位、实现标志位判断函数以及如何跳转到APP区代码。
本章的任务是读取AT24C02中存储的OTA更新标志位，并根据标志位内容执行APP区的跳转，实现以下3点：
- 读取OTA更新标志位
- 实现标志位判断函数
- 跳转到APP区代码
一、读取OTA更新标志位
为了便于标志位索引和日后对代码的拓展，我们选择将标志位放到一个结构体内进行管理：
typedef struct{
u32 OTA_flag;
}OTA_InfoCB;
#define OTA_INFOCB_SIZE (sizeof(OTA_InfoCB))
定义好结构体类型后我们就可以在main.c中声明一个全局变量，当然，为了能在别的C文件中也能调用到它，别忘了在头文件中进行一个外部变量声明：
/* main.c */
OTA_InfoCB OTA_Info;
/* main.h */
extern OTA_InfoCB OTA_Info;
那么在读标志位的函数中我们这样实现：
void AT24C02_ReadOTAInfo(void)
{
memset(&OTA_Info ,0 , OTA_INFOCB_SIZE);
AT24C02_ReadData(0, (u8 *)&OTA_Info, OTA_INFOCB_SIZE);
}
首先用memset函数对OTA_Info结构体这段内存区域进行赋初值0，OTA_INFOCB_SIZE宏定义表示OTA_InfoCB结构体的大小，采用宏定义便于代码拓展。我们规定将AT24C02的前4个字节用作OTA更新标志位的存储，所以这里我们使用AT24C02_ReadData函数从0地址起，读我们所需的大小。
二、实现标志位判断函数
先贴上代码：
void BootLoader_Branch(void)
{
if(OTA_Info.OTA_flag == OTA_SET_FLAG){
u1_printf("OTA有更新！\r\n");
}else{
u1_printf("OTA无更新，跳转A分区代码\r\n");
}
}
OTA_SET_FLAG是在main.h中我们自己定义的标志位值，我们先定义为0xAABB 1122，同时我们打印出AT24C02前四个字节的值，上机测试一下
可以看到无更新分支可以正常进入，此时读到的OTA_flag值为0x0405 0607，因为之前在编写AT24C02代码进行读写测试时我曾经修改过其中的值。为了测试有更新分支是否正常，我们将OTA_SET_FLAG修改为0x0405 0607并重新烧录，可以看到，有更新分支也可以正常进入，本部分功能实现正常。
三、跳转到APP区代码
- 分析
我们要实现Bootloader区代码在运行中跳转去运行APP区代码，实现的效果应该和上电复位后直接运行APP区代码效果一样，所以通用寄存器R0-R12，存储返回地址R14 等都不需要保护起来，我们只需要关心修改主堆栈指针MSP和指向当前的程序地址的R15（程序计数寄存器）PC。
在不做任何修改的情况下，默认Flash的起始地址从0x0800 0000处开始烧写程序，我们看一下一个普通的程序的启动文件startup_stm32f10x_md.s，其中建立了中断向量表，它的首地址（即__initial_sp）存放的一定是栈顶指针，接着偏移4字节，运行Reset_Handler函数，进行一些列初始化操作并最终运行到我们所编写的main函数中去（启动文件分析见本贴末尾链接）。从这里我们也能看出我们想要实现类似“上电复位后直接运行APP区代码”所要做的事：
- 修改主堆栈指针MSP
- 运行Reset_Handler函数，也就是修改指向当前的程序地址的R15（程序计数寄存器）PC
- 实现
2.1 修改主堆栈指针MSP
__ASM void MSR_SP(u32 addr) //__ASM关键字表示以下为汇编指令，addr传入Flash地址，例如0x08000000
{
MSR MSP, R0 //将传入参数，也就是R0的值赋给主堆栈指针MSP
BX R14 //跳转到存储返回地址的R14寄存器，可以理解为退出本函数
}
keil中写这段代码会出现如下的红叉，但编译并没有问题，网上粗略搜了一下，只看到失能Edit–>Configuration–>Text Completion–>Dynamic Syntax Checking，关闭动态语法检查的掩耳盗铃做法🤣借用超哥的话，大家如果有什么好办法解决这个问题的话欢迎留言，让我们一起干掉这讨厌的红叉
2.2 运行Reset_Handler函数
/* boot.h */
typedef void (*pFunction)(void);
/* boot.c */
void LOAD_A(u32 addr)
{
pFunction Jump_To_Application;
Jump_To_Application = (pFunction)*(u32 *)(addr + 4);
Jump_To_Application();
}
中断向量表中0x8000 0004位置存储的是Reset_Handler函数的函数名，也就是函数指针，我们如果想要调用这个函数，首先需要获得到这个函数。
(pFunction)*(u32 *)(addr + 4)：假设传入addr为0x0800 0000，那么(addr + 4)就偏移到0x0800 0004，我们要操作的是地址为0x0800 0004的空间，所以将其强转为(u32 )；这块空间存储的内容为函数指针，所以我们用号来解引用；最后用(pFunction)将其强转为函数指针类型。最后像调用普通函数一样调用Jump_To_Application()就实现了Reset_Handler函数的调用。
2.3 合并并实验
/* boot.c
* 在LOAD_A中调用MSR_SP
*/
void LOAD_A(u32 addr)
{
pFunction Jump_To_Application;
MSR_SP(*(u32 *)addr);
Jump_To_Application = (pFunction)*(u32 *)(addr + 4);
Jump_To_Application();
}
/* 在无更新分支调用在LOAD_A中调用MSR_SP */
void BootLoader_Branch(void)
{
if(OTA_Info.OTA_flag == OTA_SET_FLAG){
u1_printf("OTA有更新！\r\n");
}else{
u1_printf("OTA无更新，跳转A分区代码\r\n");
LOAD_A(STM32_A_START_ADDR);
}
}
/* main.c
* 上面用到的STM32_A_START_ADDR之前定义在了main.h中，在此重新贴一下
*/
#define STM32_FLASH_STARTADDR (0x08000000) //STM32 Flash起始地址
#define STM32_PAGE_SIZE (1024) //一页（扇区）大小
#define STM32_PAGE_NUM (64) //总页数（扇区数）
#define STM32_B_PAGE_NUM (20) //bootloader区大小
#define STM32_A_PAGE_NUM (STM32_PAGE_NUM - STM32_B_PAGE_NUM) //程序块大小
#define STM32_A_START_PAGE STM32_B_PAGE_NUM //程序块起始页编号（扇区编号）
#define STM32_A_START_ADDR (STM32_FLASH_STARTADDR + STM32_B_PAGE_NUM * STM32_PAGE_SIZE) //程序块起始地址
至此已经能够实现APP区代码的跳转功能了，但我们的APP区是空的，并没有烧代码进去，下面我们来烧录个程序进去测试一下。
重新说明一下，我们所用的STM32F103C8T6是64kFlash，做的分区思路是前20k存放Bootloader代码，后20~64k存放APP代码，也就是从0x0800 5000开始，是我们的APP代码存储空间。我准备烧录的APP是串口回显的功能，给串口发什么它就打印什么。想要将代码烧录到0x0800 5000开始的区域，我们还需要进行一些修改：
① system_stm32f10x.c文件
如下图所示，我们需要修改整个向量表的偏移量，我们从20k处开始，20*1024=20480，16进制为0x5000。
② 魔术棒–>Target
如下图所示，修改起始地址为0x0800 5000，后面的Size大小不用关心
③ 魔术棒–>Linker
如下图所示，修改链接基地址为0x0800 5000
现在准备工作就完成了，我们可以烧录Bootloader程序和APP程序，串口打印如下：
实验成功！
PS:
从ST官网下载的Bootloader——STM32F10x_AN2557_FW_V3.3.0部分代码如下图所示
可以看到，超哥的代码思想与官方Bootloader基本一致，73行还加入了APP首地址有效性的判断，超哥的代码中也存在，上面我没有给出因为我在学习时有点困扰，我担心前面就贴上影响大家思考，现在我再给出：
中断向量表中的首地址（即__initial_sp）存放的一定是栈顶指针，堆和栈的属性都是 READWRITE 可读写，可读写段保存于 SRAM区，即地址0x2000 0000 地址后。STM32F103C8T6的SRAM大小为20k，所以可访问范围从0x0到0x4fff，加上基地址就是0x2000 0000到0x2000 4fff。
BootLoader_Clear函数中是一些DeInit的操作，就不展开了。
关于启动文件中的一些分析，参考下面的链接。
STM32单片机启动文件分析
ps：个人水平有限，如果文中有错误还请指正！
未完待续…