STM32 IAP固件升级

Posted 2021-03-09 gulan-zmc

章节说明

STM32 IAP固件升级实验分为以下的章节(加粗的字体是本章节的内容):

一、Flash和RAM的区域划分、工程建立、程序分散加载、程序烧写
二、Stm32 bootloader、application、firmware 程序的分析和编写
三、使用DMA收发串口的不定长数据
四、通信协议的设计
五、STM32 IAP程序的设计
六、上位机的程序的编写

一、前言

前面介绍了IAP需要的一些基础知识,区域怎么划分，还有启动跳转过程等。当然如果需要实现IAP，通讯接口的驱动是不可或缺的。例如可以使用串口(USART)、以太网(ETH)、USB等通讯接口来进行数据收发。本实验就不使用复杂的通讯接口了，使用比较常用又比较简单的串口。当然将串口用好也不是那么简单的，使用串口中断接收数据效率一般比较低。所以为了提高效率，这里使用DMA(直接存储器存取)+USART(串口)接收数据。

注意:下面涉及到串口的基础配置这些就不过多解释了，直接上源码了。如果不会配置的，可以去看看其他大神写的博客，或者去看看一些教学视频。

一、串口配置

STM32F103有三个串口(USART1,USART2,USART3)。在实验中，因为USART1主要用来程序的调试，所以使用USART2来做IAP的通讯接口。

1、USART2的配置程序如下:

a.初始化GPIO

void USART2_GPIO_Config(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
    /* 初始化 USART2_TX  ----- PA2 */
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin   = GPIO_Pin_2; 
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode  = GPIO_Mode_AF_PP;    
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

    /* 初始化 USART2_RX  ----- PA3 */
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin  = GPIO_Pin_3;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);  
}

b.初始化串口

在STM32的串口里支持同步模式和异步模式，我门通常使用的是异步模式；详细的是使用说明参考《STM32中文参考手册》。
同步模式虽然少用，但是它也是有优点的；在使用多一条同步时钟线的情况下，数据传输会更可靠,更可控。
下面的配置禁止了同步模式，使用的是异步模式(通常使用异步模式 USART_ClockInitStructure 数据不设置也是可以的)。

void USART2_Config(u32 baudrate)
{
    USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
    USART_ClockInitTypeDef  USART_ClockInitStructure;
    /* 初始化时钟 */
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_USART2, ENABLE); 
/************************使用异步模式，这个不用配置也可以*****************************/
    /* 关闭同步时钟(即关闭串口的同步模式; 需要使用同步模式,则使能这个) */
    USART_ClockInitStructure.USART_Clock = USART_Clock_Disable;
    /* 配置时钟稳态值为低电平(即空闲时，时钟线的电平为低电平) */
    USART_ClockInitStructure.USART_CPOL = USART_CPOL_Low;
    /* 配置时钟相位,在时钟的第二个边沿进行数据捕获 */
    USART_ClockInitStructure.USART_CPHA = USART_CPHA_2Edge;
    /* 最后一个数据位不从时钟线上输出 */
    USART_ClockInitStructure.USART_LastBit = USART_LastBit_Disable;
    /* 初始化 USART2 的同步参数，这里没有使用同步时钟 */
    USART_ClockInit(USART2, &USART_ClockInitStructure);
/************************使用异步模式，这个不用配置也可以*****************************/

    /* 设置波特率 */
    USART_InitStructure.USART_BaudRate = baudrate;
    /* 设置数据位长度为 8 */
    USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;
    /* 设置停止位是1 */
    USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;
    /* 不适用奇偶校验 */
    USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No ;
    /* 关闭硬件流控 */
    USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;
    /* 使能 USART2 接收和接收 */
    USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;
    /* 初始化 USART2 的异步参数,在STM32中通常使用这种传输方式 */
    USART_Init(USART2, &USART_InitStructure);
}

STM32F103 DMA

1、STM32F103 DMA简单介绍

在STM32里面有两个DMA控制器(DMA1和DMA2)。两个DMA控制器有一共有12个通道(DMA1 7个通道，DMA2 5个通道)。每个DMA通道对应的外设备如下图:
对于详细的DMA介绍参考《STM32中文参考手册》，这里就不过多介绍了。

2、DMA 使用方法

DMA的使用并不复杂，通道配置过程如下:

1. 设置外设起始地址
2. 设置内存的起始地址
3. 设置数据传输的长度(要传输多长的数据)
4. 设置数据位宽
5. 设置数据的传输方向
6. 设置传输模式
7. 设置通道的优先级
8. 使能DMA通道

3、配置 USART2 的 DMA

从上面的两张外设对应DMA通道的图片知到: USART2_RX 对应DMA1的通道6，USART2_TX 对应DMA1的通道7。

a. 配置USART2_RX的DMA

这里只写简单的配置过程。DMA的更详细的使用说明，请参考《STM32中文参考手册》。配置程序如下:

void USART2_DMA_RX_Config(u8* Buffer, s32 NumData) 
{
    DMA_InitTypeDef  DMA_InitStructure;
    /* 使能时钟 */
    RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1, ENABLE);             
    /* 将 DMA1_Channel6 设置为缺省 */
    DMA_DeInit(DMA1_Channel6);
    /* 配置外设的地址为串口的就收寄存器的地址 */
    DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr  = (uint32_t)(&(USART2->DR));  
    /* 设置内存的地址 */
    DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr      = (uint32_t)(Buffer);
    /* 设置传输方向为 外设到内存 */
    DMA_InitStructure.DMA_DIR                 = DMA_DIR_PeripheralSRC;
    /* 设置缓冲区Buffer的大小 */
    DMA_InitStructure.DMA_BufferSize          = NumData;
    /* 禁止外设的的地址自增 */
    DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc       = DMA_PeripheralInc_Disable;
    /* 使能内存地址自增 */
    DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc           = DMA_MemoryInc_Enable;
    /* 设置外设每次传输数据的大小为字节(Byte) */
    DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize  = DMA_PeripheralDataSize_Byte;
    /* 设置内存每次传输数据的大小为字节(Byte) */
    DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize      = DMA_MemoryDataSize_Byte;
    /* 将设置DMA传输的模式为循环传输 */
    DMA_InitStructure.DMA_Mode                = DMA_Mode_Circular;
    /* 设置当前DMA通道的优先级为高优先级 */
    DMA_InitStructure.DMA_Priority            = DMA_Priority_High;
    /* 禁止内存到内存传输 */
    DMA_InitStructure.DMA_M2M                 = DMA_M2M_Disable;
    
    /* 初始化DMA1通道6 */
    DMA_Init(DMA1_Channel6, &DMA_InitStructure);
}

b. 配置USART2_TX的DMA

void USART2_DMA_TX_Config(u8* Buffer, s32 NumData) 
{
    DMA_InitTypeDef  DMA_InitStructure;
    /* 使能时钟 */
    RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1, ENABLE);             
    /* 将 DMA1_Channel7 设置为缺省 */
    DMA_DeInit(DMA1_Channel7);
    /* 配置外设的地址为串口的发送数据寄存器的地址 */
    DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr  = (uint32_t)(&(USART2->DR));  
    /* 设置内存的地址 */
    DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr      = (uint32_t)(Buffer);
    /* 设置传输方向为 内存到外设 */
    DMA_InitStructure.DMA_DIR                 = DMA_DIR_PeripheralDST;
    /* 设置缓冲区Buffer的大小 */
    DMA_InitStructure.DMA_BufferSize          = NumData;
    /* 禁止外设的的地址自增 */
    DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc       = DMA_PeripheralInc_Disable;
    /* 使能内存地址自增 */
    DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc           = DMA_MemoryInc_Enable;
    /* 设置外设每次传输数据的大小为字节(Byte) */
    DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize  = DMA_PeripheralDataSize_Byte;
    /* 设置内存每次传输数据的大小为字节(Byte) */
    DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize      = DMA_MemoryDataSize_Byte;
    /* 将设置DMA传输的模式为正常传输 */
    DMA_InitStructure.DMA_Mode                = DMA_Mode_Normal;
    /* 设置当前DMA通道的优先级为高优先级 */
    DMA_InitStructure.DMA_Priority            = DMA_Priority_High;
    /* 禁止内存到内存传输 */
    DMA_InitStructure.DMA_M2M                 = DMA_M2M_Disable;
    /* 初始化DMA1通道7 */
    DMA_Init(DMA1_Channel7, &DMA_InitStructure);
}

三、初始化、使能串口和DMA

1、使能串口和DMA

使能串口和DMA的函数如下:

void USART2_Enable(void)
{
    /* 使能串口2 */
    USART_Cmd(USART2, ENABLE);
    /* 使能串口2的DMA发送 */
    USART_DMACmd(USART2, USART_DMAReq_Tx, ENABLE);
    /* 使能串口2的DMA接收 */
    USART_DMACmd(USART2, USART_DMAReq_Rx, ENABLE);
    /* 使能DMA1通道7 */
    DMA_Cmd(DMA1_Channel7, ENABLE); 
    /* 使能DMA1通道6 */
    DMA_Cmd(DMA1_Channel6, ENABLE); 
}

2、初始化函数

USART2_DMA_TxBuff和USART2_DMA_RxBuff是一个全局数组，用于DMA发送或者接收数据；以后需要发送数据和接收数据就操作这两个数组(buffer)就可以了

void USART2_Init(u32 baudrate)
{
    /* 初始化USART2的GPIO */
    USART2_GPIO_Config();
    /* 设置串口 */
    USART2_Config(baudrate);
    
    /* 设置USART2的发送DMA */
    USART2_DMA_TX_Config(USART2_DMA_TxBuff, 0); 
    /* 设置USART2的接收DMA */
    USART2_DMA_RX_Config(USART2_DMA_RxBuff, USART2_DMA_RXBUFFLEN);
    /* 使能 */
    USART2_Enable();
}

*** 配置到这里，基本就可以使用DMA接收和发送数据了；使用DMA发送数据是比较简单的，但是使用DMA接收数据，需要费一点点功夫。 ***

四、DMA接收串口数据

1、处理接收到的数据

由于使用了DMA接收数据，所以不需要再操作 USART2 的 DR 寄存器了(数据寄存器)；硬件会直接将数据copy到USART2_DMA_RxBuff数组里面。又因为在接收的DMA设置函数里将DMA的模式配置成了循环模式，所以USART2_DMA_RxBuff的本质是一个环形缓冲区。
接下来就先上程序再慢慢分析吧。接收处理的代码如下:

/* 说明一下。函数里的 USART2_Service 是一个全局的函数指针，用于处理接收到的数据的 (需要怎么处理，就看业务的需求是什么了) */
/* USART2_Service 函数指针定义如下: void (*USART2_Service)(u8 *buff, u16 len); */
/* 用户需要自己初始化这个函数指针 */
/* 可以将 USART2_Service 设置为一个回调函数的样式；在这里就使用全局的函数指针了 */
void USART2_DMA_Rx(void)
{   
    u32 pos;
    /* USART2_RX_Pos 指向环形缓冲区数据的头部 */
    static volatile u16   USART2_RX_Pos;
    
    /* DMA1_Channel6 -> CNDTR 接收到的数据查长度 */
    /* 算出pos当前的指向,缓冲区数据的尾部 */
    pos = USART2_DMA_RXBUFFLEN - (DMA1_Channel6 -> CNDTR);
    /* 当前的pos上一次的pos大 */
    if(pos > USART2_RX_Pos)
    {
        /* 算个出buff的起始地址,算出接收到数据的长度 */
        USART2_Service(USART2_DMA_RxBuff + USART2_RX_Pos, pos - USART2_RX_Pos);
        /* 改变buffer的起始指向 */
        USART2_RX_Pos = pos;
    }
    /* 如果上一次的pos比当前的pos大，说明有部分数据在前面 */
    else if(pos < USART2_RX_Pos)
    {
        /* 计算buffer的起始地址，先将后面部分的数据放入到内存管理 */
        USART2_Service(USART2_DMA_RxBuff + USART2_RX_Pos, USART2_DMA_RXBUFFLEN - USART2_RX_Pos);
        if(pos != 0)
        {
            /* 如果头部还有数据，也将头部前面的数据放入内存管理 */
            USART2_Service(USART2_DMA_RxBuff, pos);
        }
        /* 改变头部的起始指向 */
        USART2_RX_Pos = pos;
    }
    else
    {;}
}

*** 下面具体分析 USART2_DMA_Rx函数的原理 ***

2、代码块1的分析

    /* 当前的pos上一次的pos大 */
    if(pos > USART2_RX_Pos)
    {
        /* 算个出buff的起始地址,算出接收到数据的长度 */
        USART2_Service(USART2_DMA_RxBuff + USART2_RX_Pos, pos - USART2_RX_Pos);
        /* 改变buffer的起始指向 */
        USART2_RX_Pos = pos;
    }

这部分代码是处理接收到的数据是下面的情况(也就是需要处理绿色区的数据)

3、代码块2的分析

    /* 如果上一次的pos比当前的pos大，说明有部分数据在前面 */
    else if(pos < USART2_RX_Pos)
    {
        /* 计算buffer的起始地址，先将后面部分的数据放入到内存管理 */
        USART2_Service(USART2_DMA_RxBuff + USART2_RX_Pos, USART2_DMA_RXBUFFLEN - USART2_RX_Pos);
        if(pos != 0)
        {
            /* 如果头部还有数据，也将头部前面的数据放入内存管理 */
            USART2_Service(USART2_DMA_RxBuff, pos);
        }
        /* 改变头部的起始指向 */
        USART2_RX_Pos = pos;
    }

这部分代码是处理接收到的数据是下面的情况(也就是需要处理绿色区的数据)

五、总结

总结一下使用方法:

1. 调用 USART2_Init 函数初始化串口和DMA
2. 初始化 USART2_Service 函数指针；这个函数的参数有两个，一个是数据的指针，一个是接收到数据的长度
3. 通过大循环不断调用USART2_DMA_Rx函数处理接收到的数据；

注意:

使用这个方法接收串口的数据有优点也有缺点

• 优点是:效率比较高，使用比较方便
• 缺点是:实时性的要求比较高。如果缓冲区比较小，实时性又比较低；当有大量数据连续传来时，很容易就会造成数据的覆盖。在单线程里面使用时，尽量少使用大的延时函数。

串口的发送就不罗嗦了，网上比较多的教程（当然想要发送的效率更高可以使用双缓冲的方式，具体怎么设计就留给各位小伙伴门自己发挥了）。工程代码还没整理出来，有空整理一下上传到码云上。(先偷个懒hhh...)