STM32F407开发板用户手册第30章 STM32F407的系统bootloader之串口IAP固件升级

Posted 2020-12-18 armfly

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第30章       STM32F407的系统bootloader之串口IAP固件升级

本章节为大家讲解使用系统bootloader做程序升级的方法，即使不依赖外部boot引脚也可以方便升级。

IAP的全称是In Application Programming，即在线应用编程。

30.1 初学者重要提示

30.2 跳转到系统bootloader的程序设计

30.3 STM32CubeProg的安装说明

30.3 STM32CubeProg的程序下载说明

30.4 串口方式系统bootloader驱动移植和使用

30.6 实验例程设计框架

30.7 实验例程说明（MDK）

30.8 实验例程说明（IAR）

30.9 总结

 

 

30.1 初学者重要提示

1.   学习本章节前，务必优先学习第28章。
2.   本章用到的相关软件和文档下载：http://www.armbbs.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=96573 。
3.   本章节的串口IAP下载软件使用STM32CubeProg，此软件实现了之前的DfuSe，STLINK小软件和Flashloader三合一，并且支持外部EEPROM，NOR Flash，SPI Flash，NAND Flash等烧写，也支持OTA编程。
4.   使用系统bootloader做串口IAP升级时，MicroUSB接口不要接线到电脑端，因为这会导致系统bootloader工作在USB DFU模式，无法再使用串口IAP。

30.2 跳转到系统bootLoader的程序设计

程序设计如下，基本是按照第28章3.2小节的方法进行设计

1.    /*
2.    ******************************************************************************************************
3.    *    函 数 名: JumpToBootloader
4.    *    功能说明: 跳转到系统BootLoader
5.    *    形    参: 无
6.    *    返 回 值: 无
7.    ******************************************************************************************************
8.    */
9.    static void JumpToBootloader(void)
10.    {
11.        uint32_t i=0;
12.        void (*SysMemBootJump)(void);        /* 声明一个函数指针 */
13.        __IO uint32_t BootAddr = 0x1FF09800; /* STM32F4的系统BootLoader地址 */
14.    
15.        /* 关闭全局中断 */
16.        DISABLE_INT(); 
17.    
18.        /* 关闭滴答定时器，复位到默认值 */
19.        SysTick->CTRL = 0;
20.        SysTick->LOAD = 0;
21.        SysTick->VAL = 0;
22.    
23.        /* 设置所有时钟到默认状态，使用HSI时钟 */
24.        HAL_RCC_DeInit();
25.    
26.        /* 关闭所有中断，清除所有中断挂起标志 */
27.        for (i = 0; i < 8; i++)
28.        {
29.            NVIC->ICER[i]=0xFFFFFFFF;
30.            NVIC->ICPR[i]=0xFFFFFFFF;
31.        }    
32.    
33.        /* 使能全局中断 */
34.        ENABLE_INT();
35.    
36.        /* 跳转到系统BootLoader，首地址是MSP，地址+4是复位中断服务程序地址 */
37.        SysMemBootJump = (void (*)(void)) (*((uint32_t *) (BootAddr + 4)));
38.    
39.        /* 设置主堆栈指针 */
40.        __set_MSP(*(uint32_t *)BootAddr);
41.        
42.        /* 在RTOS工程，这条语句很重要，设置为特权级模式，使用MSP指针 */
43.        __set_CONTROL(0);
44.    
45.        /* 跳转到系统BootLoader */
46.        SysMemBootJump(); 
47.    
48.        /* 跳转成功的话，不会执行到这里，用户可以在这里添加代码 */
49.        while (1)
50.        {
51.    
52.        }
53.    }

这里把程序设计中的几个关键地方做个说明：

•   第12行，声明一个函数指针。
•   第13行，这个要特别注意，F4的系统Bootloader地址。
•   第19到21行，设置滴答定时器到复位值。
•   第24行，此函数比较省事，可以方便的设置F4所有时钟到复位值，内部时钟使用HSI。
•   第27到31行，清除所有中断挂起标志并关闭中断，这里是直接通过一个for循环设置了NVIC所有配置位，共8组。

 

•   第37行，将系统bootloader的地址映射到0x0000 0000。这点非常重要，根本原因是F4的系统bootloader要从0x00000000地址读取中断向量。
•   第40行，将系统bootLoader的中断复位服务程序的入口地址赋给第12行声明的函数，用户执行这个函数时，就会直接跳转过去。
•   第43行，设置主堆栈指针位置，即系统bootloader的首地址存储的就是栈地址。
•   第46行，这个设置在RTOS应用程序中比较重要，因为基于Cortex-M内核的RTOS任务堆栈基本都是使用线程堆栈指针PSP。但系统bootLoader使用的是主堆栈指针MSP，所以务必要设置下，同时让M内核工作于特权级。此寄存器的作用：

 

• 第46行，跳转到系统bootLoader。

30.3 STM32CubeProg的安装说明

STM32CubeProg的安装比较简单，如果大家的电脑中缺少JAVA环境，会提示安装，按照提示操作即可。

这里特别注意USB DFU驱动的安装，如果大家的电脑上安装了DfuSe软件，那边板子工作在系统bootLoader模式时，电脑端的设备管理器识别出来的标识是这样的：

 

如果用STM32CubeProg的话，务必要将此驱动删掉，鼠标右击此标识，选择卸载，弹出如下对话框：

 

卸载完毕后，重启电脑，然后运行STM32CubeProg安装目录里面的STM32Bootloader.bat即可，最后插上设备就可以正常识别了。识别后的标识：

 

30.4 STM32CubeProg的程序下载说明

这里把两种下载方式都做个说明，一种是设置外部bot引脚进行下载，另一种是设置程序跳转到系统botloader进行下载。

30.4.1 选择好用的串口线

（注：MicroUSB接口不要接线到电脑端，因为这会导致系统bootloader工作在USB DFU模式，无法再使用串口IAP）

选择好用的USB线很重要，比如我们开发板赠送的那根USB转RS232串口线是不可以用在这里做串口IAP的，这根线只能用于一般的串口通信和串口打印功能。

 

当前我这里是用的我们H7-TOOL的USB转TTL输出，注意交叉方式连接，即RX接TX，TX接RX。

GNG接GND。

 

注，我这里没有接共地线，推荐大家接上，3.3V可以不接。

30.4.2 设置boot引脚跳转到系统botLoader

•   第1步：板子上电前按住右下角的BOOT引脚。

 

•   第2步：板子上电3秒左右，松手。

在电脑端设备管理器就可以看到已经识别出来：

 

30.4.3 应用程序跳转到系统bootloader

应用程序跳转到系统bootLoader比较方便，无需用户操作外置的boot引脚了，只需调用本章第2小节的程序就可以跳转。本章配套的例子是用户按下按键K1后执行跳转程序，大家可以根据需要实现各种触发跳转的方式。跳转成功后，在电脑端设备管理器里面也会看到bootloader标识：

 

30.4.4 STM32CubeProg下载程序设置

识别成功后就可以下载程序了。

  第1步，选择UART方式，配置使用的串口号，串口波特率115200和偶校验，点击Connect按钮。

 

识别成功后的效果如下：

 

  第2步，添加要下载的hex文件，勾选需要设置的选项，点击启动编程。

 

•   Start address选项不填的话，默认会下载到内部Flash的首地址，保险起见，大家也可以填上首地址0x0800 0000，或者其它要下载的地址。
•   Run after programming选项可以根据需要勾上，如果勾上此选项后，下载完毕程序后，会自动断开连接，并弹出一些列窗口，最终弹出下面这个窗口：

 

弹出这个窗口并不是表示下载失败了，而是下载完成后退出了系统bootloader，启动用刚刚下载的程序了。

  第3步，完成下载后的效果如下：

 

下载完成后板子重新上电就可以看到程序已经成功下载了。

30.5 串口方式系统Bootloader驱动移植和使用

系统bootloader的移植比较简单，仅需添加本章第2小节的程序到自己工程里面即可。里面有个开关中断API，是在bsp.h文件里面定义的：

/* 开关全局中断的宏 */
#define ENABLE_INT()    __set_PRIMASK(0)    /* 使能全局中断 */
#define DISABLE_INT()    __set_PRIMASK(1)    /* 禁止全局中断 */

30.6 实验例程设计框架

通过程序设计框架，让大家先对配套例程有一个全面的认识，然后再理解细节，本次实验例程的设计框架如下：

  第1阶段，上电启动阶段：

• 这部分在第14章进行了详细说明。

  第2阶段，进入main函数：

•   第1部分，硬件初始化，主要是HAL库，系统时钟，滴答定时器和LED。
•   第2部分，应用程序设计部分，K1按键按下后跳转到系统bootloader。。

30.7 实验例程说明（MDK）

配套例子：

V5-010_基于系统bootloader的串口IAP方式固件升级

实验目的：

1. 学习基于系统bootloader的串口IAP方式固件升级。

实验内容：

1. STM32的系统存储区自带bootLoader，可以方便的实现串口，I2C，CAN，SPI，USB等接口方式的程序升级。
2. 如果使用系统bootLoader支持的接口升级方式，基本就不需要用户自己做bootLoader了。
3. 除了通过boot引脚控制启动地址，也可以直接从应用程序里面跳转到系统存储区。

实验操作：

1. K1键按下，跳转到系统bootLoader。

上电后串口打印的信息：

波特率 115200，数据位 8，奇偶校验位无，停止位 1。

 

程序设计：

  系统栈大小分配：

 

  硬件外设初始化

硬件外设的初始化是在 bsp.c 文件实现：

/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: bsp_Init
*    功能说明: 初始化所有的硬件设备。该函数配置CPU寄存器和外设的寄存器并初始化一些全局变量。只需要调用一次
*    形    参：无
*    返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
void bsp_Init(void)
{
    /* 
       STM32F407 HAL 库初始化，此时系统用的还是F407自带的16MHz，HSI时钟:
       - 调用函数HAL_InitTick，初始化滴答时钟中断1ms。
       - 设置NVIV优先级分组为4。
     */
    HAL_Init();

    /* 
       配置系统时钟到168MHz
       - 切换使用HSE。
       - 此函数会更新全局变量SystemCoreClock，并重新配置HAL_InitTick。
    */
    SystemClock_Config();

    /* 
       Event Recorder：
       - 可用于代码执行时间测量，MDK5.25及其以上版本才支持，IAR不支持。
       - 默认不开启，如果要使能此选项，务必看V5开发板用户手册第8章
    */    
#if Enable_EventRecorder == 1  
    /* 初始化EventRecorder并开启 */
    EventRecorderInitialize(EventRecordAll, 1U);
    EventRecorderStart();
#endif
    
    bsp_InitKey();        /* 按键初始化，要放在滴答定时器之前，因为按钮检测是通过滴答定时器扫描 */
    bsp_InitTimer();      /* 初始化滴答定时器 */
    bsp_InitUart();        /* 初始化串口 */
    bsp_InitExtIO();    /* 初始化扩展IO */
    bsp_InitLed();        /* 初始化LED */    
    BEEP_InitHard();    /* 初始化蜂鸣器 */
}

  主功能：

主程序实现如下操作：

•   启动一个自动重装软件定时器，每100ms翻转一次LED2。
•   K1键按下，跳转到系统BootLoader。

/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: main
*    功能说明: c程序入口
*    形    参: 无
*    返 回 值: 错误代码(无需处理)
*********************************************************************************************************
*/
int main(void)
{
    uint8_t ucKeyCode;    /* 按键代码 */

    
    bsp_Init();        /* 硬件初始化 */
    PrintfLogo();    /* 打印例程名称和版本等信息 */
    PrintfHelp();    /* 打印操作提示 */
    
    bsp_StartAutoTimer(0, 100);    /* 启动1个100ms的自动重装的定时器 */
    
    while (1)
    {
        bsp_Idle();        /* 这个函数在bsp.c文件。用户可以修改这个函数实现CPU休眠和喂狗 */

        /* 判断定时器超时时间 */
        if (bsp_CheckTimer(0))    
        {
            /* 每隔100ms 进来一次 */  
            bsp_LedToggle(2);
        }

        /* 按键滤波和检测由后台systick中断服务程序实现，我们只需要调用bsp_GetKey读取键值即可。 */
        ucKeyCode = bsp_GetKey();    /* 读取键值, 无键按下时返回 KEY_NONE = 0 */
        if (ucKeyCode != KEY_NONE)
        {
            switch (ucKeyCode)
            {
                case KEY_DOWN_K1:            /* K1键按下，K1键按下，跳转到系统BootLoader */
                    JumpToBootloader();
                    break;
                    
                default:
                    /* 其它的键值不处理 */
                    break;
            }
        }
    }
}

30.8 实验例程说明（IAR）

配套例子：

V6-010_基于系统bootloader的串口IAP方式固件升级

实验目的：

1. 学习基于系统bootloader的串口IAP方式固件升级。

实验内容：

1. STM32的系统存储区自带bootLoader，可以方便的实现串口，I2C，CAN，SPI，USB等接口方式的程序升级。
2. 如果使用系统bootLoader支持的接口升级方式，基本就不需要用户自己做bootLoader了。
3. 除了通过boot引脚控制启动地址，也可以直接从应用程序里面跳转到系统存储区。

实验操作：

1. K1键按下，跳转到系统bootLoader。

上电后串口打印的信息：

波特率 115200，数据位 8，奇偶校验位无，停止位 1。

 

程序设计：

  系统栈大小分配：

 

  硬件外设初始化

硬件外设的初始化是在 bsp.c 文件实现：

/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: bsp_Init
*    功能说明: 初始化所有的硬件设备。该函数配置CPU寄存器和外设的寄存器并初始化一些全局变量。只需要调用一次
*    形    参：无
*    返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
void bsp_Init(void)
{
    /* 
       STM32F407 HAL 库初始化，此时系统用的还是F407自带的16MHz，HSI时钟:
       - 调用函数HAL_InitTick，初始化滴答时钟中断1ms。
       - 设置NVIV优先级分组为4。
     */
    HAL_Init();

    /* 
       配置系统时钟到168MHz
       - 切换使用HSE。
       - 此函数会更新全局变量SystemCoreClock，并重新配置HAL_InitTick。
    */
    SystemClock_Config();

    /* 
       Event Recorder：
       - 可用于代码执行时间测量，MDK5.25及其以上版本才支持，IAR不支持。
       - 默认不开启，如果要使能此选项，务必看V5开发板用户手册第8章
    */    
#if Enable_EventRecorder == 1  
    /* 初始化EventRecorder并开启 */
    EventRecorderInitialize(EventRecordAll, 1U);
    EventRecorderStart();
#endif
    
    bsp_InitKey();        /* 按键初始化，要放在滴答定时器之前，因为按钮检测是通过滴答定时器扫描 */
    bsp_InitTimer();      /* 初始化滴答定时器 */
    bsp_InitUart();        /* 初始化串口 */
    bsp_InitExtIO();    /* 初始化扩展IO */
    bsp_InitLed();        /* 初始化LED */    
    BEEP_InitHard();    /* 初始化蜂鸣器 */
}

  主功能：

主程序实现如下操作：

•   启动一个自动重装软件定时器，每100ms翻转一次LED2。
•   K1键按下，跳转到系统BootLoader。

/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: main
*    功能说明: c程序入口
*    形    参: 无
*    返 回 值: 错误代码(无需处理)
*********************************************************************************************************
*/
int main(void)
{
    uint8_t ucKeyCode;    /* 按键代码 */

    
    bsp_Init();        /* 硬件初始化 */
    PrintfLogo();    /* 打印例程名称和版本等信息 */
    PrintfHelp();    /* 打印操作提示 */
    
    bsp_StartAutoTimer(0, 100);    /* 启动1个100ms的自动重装的定时器 */
    
    while (1)
    {
        bsp_Idle();        /* 这个函数在bsp.c文件。用户可以修改这个函数实现CPU休眠和喂狗 */

        /* 判断定时器超时时间 */
        if (bsp_CheckTimer(0))    
        {
            /* 每隔100ms 进来一次 */  
            bsp_LedToggle(2);
        }

        /* 按键滤波和检测由后台systick中断服务程序实现，我们只需要调用bsp_GetKey读取键值即可。 */
        ucKeyCode = bsp_GetKey();    /* 读取键值, 无键按下时返回 KEY_NONE = 0 */
        if (ucKeyCode != KEY_NONE)
        {
            switch (ucKeyCode)
            {
                case KEY_DOWN_K1:            /* K1键按下，K1键按下，跳转到系统BootLoader */
                    JumpToBootloader();
                    break;
                    
                default:
                    /* 其它的键值不处理 */
                    break;
            }
        }
    }
}

30.9 总结

本章节为大家介绍的串口IAP方式还是非常实用的，特别是产品硬件不带boot引脚时。