STM32 IAP 在線升級詳解

時間：2017-01-18 12:47:58

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[導(dǎo)讀]本文詳細講述了STM32 IAP 在線升級詳解

一、在進入主題之前我們先了解一些必要的基礎(chǔ)知識----stm32系列芯片的種類和型號：

startup_stm32f10x_cl.s 互聯(lián)型的器件，STM32F105xx，STM32F107xx

startup_stm32f10x_hd.s 大容量的STM32F101xx，STM32F102xx，STM32F103xx

startup_stm32f10x_hd_vl.s 大容量的STM32F100xx

startup_stm32f10x_ld.s 小容量的STM32F101xx，STM32F102xx，STM32F103xx

startup_stm32f10x_ld_vl.s 小容量的STM32F100xx

startup_stm32f10x_md.s 中容量的STM32F101xx，STM32F102xx，STM32F103xx

startup_stm32f10x_md_vl.s 中容量的STM32F100xx (我項目中用的是此款芯片 stm32f100CB)

startup_stm32f10x_xl.s FLASH在512K到1024K字節(jié)的STM32F101xx，STM32F102xx，STM32F103xx(例如：像stm32f103re 這個型號的芯片flash是512k 的，啟動文件用startup_stm32f10x_xl.s 或者startup_stm32f10x_hd.s 都可以;)

cl：互聯(lián)型產(chǎn)品，stm32f105/107系列

vl：超值型產(chǎn)品，stm32f100系列

xl：超高密度產(chǎn)品，stm32f101/103系列

ld：低密度產(chǎn)品，F(xiàn)LASH小于64K

md：中等密度產(chǎn)品，F(xiàn)LASH=64 or 128

hd：高密度產(chǎn)品，F(xiàn)LASH大于128

二、在拿到ST公司官方的IAP 程序后我們要思考幾點：

1.ST 官方IAP是什么針對什么芯片型號的，我們要用的又是什么芯片型號;

2.我們要用官方IAP適合我們芯片的程序升級使用，要在原有的基礎(chǔ)上做那些改變;

(我的資源里有官方IAP源碼：http://download.csdn.NET/detail/yx_l128125/6445811)

初略看了一下IAP源碼后，現(xiàn)在我們可以回答一下上面的2個問題了：

1.官網(wǎng)剛下載的IAP針對的是stm32f103c8芯片的，所以他的啟動代碼文件選擇的是 startup_stm32f10x_md.s，而我的芯片是stm32f100cb,所以我的啟動代碼文件選擇的是 startup_stm32f10x_md_lv.s

2 .第二個問題就是今天我們要做詳細分析才能回答的問題了;

(1).知道了IAP官方源碼的芯片和我們要用芯片的差異，首先我們要在源碼的基礎(chǔ)上做芯片級的改動;

A.首先改變編譯器keil的芯片型號上我們要改成我們的芯片類型---STM32F100CB;

B.在keil的options for targer 選項C/C++/PREPROMCESSOR symbols的Define欄里定義，把有關(guān)STM32F10X_MD的宏定義改成：STM32F10X_MD_VL

也可以在STM32F10X.H里用宏定義

/* Uncomment the line below according to the target STM32 device used in your

application

#if !defined (STM32F10X_LD) && !defined (STM32F10X_LD_VL) && !defined (STM32F10X_MD) && !defined (STM32F10X_MD_VL) && !defined (STM32F10X_HD) && !defined (STM32F10X_HD_VL) && !defined (STM32F10X_XL) && !defined (STM32F10X_CL)

/* #define STM32F10X_LD */ /*!< STM32F10X_LD: STM32 Low density devices */

/* #define STM32F10X_LD_VL */ /*!< STM32F10X_LD_VL: STM32 Low density Value Line devices */

/* #define STM32F10X_MD */ /*!< STM32F10X_MD: STM32 Medium density devices */

#define STM32F10X_MD_VL /*!< STM32F10X_MD_VL: STM32 Medium density Value Line devices */

/* #define STM32F10X_HD */ /*!< STM32F10X_HD: STM32 High density devices */

/* #define STM32F10X_HD_VL */ /*!< STM32F10X_HD_VL: STM32 High density value line devices */

/* #define STM32F10X_XL */ /*!< STM32F10X_XL: STM32 XL-density devices */

/* #define STM32F10X_CL */ /*!< STM32F10X_CL: STM32 Connectivity line devices */

#endif

上面代碼說的是如果沒有定義 STM32F10X_MD_VL, 則宏定義 STM32F10X_MD_VL

C.外部時鐘問價在stm32f10x.h 依據(jù)實際修改，原文是說如果沒有宏定義外部時鐘HES_VALUE的值，但是宏定義了stm32f10x_cl 則外部時鐘設(shè)置為25MHZ, 否則外部時鐘都設(shè)置為8MHZ; 我用的外部晶振是8MHZ的所以不必修改這部分代碼;

#if !defined HSE_VALUE

#ifdef STM32F10X_CL

#define HSE_VALUE ((uint32_t)25000000) // Value of the External oscillator in Hz

 #else

#define HSE_VALUE ((uint32_t)8000000) //Value of the External oscillator in Hz #endif /* STM32F10X_CL */#endif /* HSE_VALUE */

D.做系統(tǒng)主頻時鐘的更改

system_stm32f10x.c的系統(tǒng)主頻率，依實際情況修改 ;我用的芯片主頻時鐘是24MHZ;

#if defined (STM32F10X_LD_VL) || (defined STM32F10X_MD_VL) || (defined STM32F10X_HD_VL)

/* #define SYSCLK_FREQ_HSE HSE_VALUE */

#define SYSCLK_FREQ_24MHz 24000000

#else

/* #define SYSCLK_FREQ_HSE HSE_VALUE */

#define SYSCLK_FREQ_24MHz 24000000

/* #define SYSCLK_FREQ_36MHz 36000000 */

/* #define SYSCLK_FREQ_48MHz 48000000 */

/* #define SYSCLK_FREQ_56MHz 56000000 */

/*#define SYSCLK_FREQ_72MHz 72000000*/

#endif

E.下面是關(guān)鍵部分操作了，在說這部分操作前我們先來說一下內(nèi)存映射：下圖在stm32f100芯片手冊的29頁，我們只截取關(guān)鍵部分

從上圖我們看出幾個關(guān)鍵部分：

1.內(nèi)部flash 是從0x0800 0000開始到0x0801 FFFF 結(jié)束， 0x0801FFFF-0x0800 0000= 0x20000 =128k 128也就是flash的大小;

2.SRAM的開始地址是 0x2000 0000 ;

我們要把我們的在線升級程序IAP放到FLASH里以0x0800 0000 開始的位置，應(yīng)用程序放APP放到以0x08003000開始的位置，中斷向量表也放在0x0800 3000開始的位置;如圖

所以我們需要先查看一下misc.h文件中的中斷向量表的初始位置宏定義為 NVIC_VectTab_Flash 0x0800 0000

那么要就要設(shè)置編譯器keil 中的 options for target 的target選項中的 IROM1地址為0x0800 0000 大小為 0x20000即128K; IRAM1地址為0x2000 0000 大小為0x2000;

(提示：這一項IROM1 地址即為當前程序下載到flash的地址的起始位置)

下面我們來分析一下修改后的IAP代碼：

/*******************************************************************************

* @函數(shù)名稱 main

* @函數(shù)說明主函數(shù)

* @輸入?yún)?shù) 無

* @輸出參數(shù) 無

* @返回參數(shù) 無

*******************************************************************************/

int main(void)

{

//Flash 解鎖

FLASH_Unlock();

//配置PA15管腳

KEY_Configuration() ;

//配置串口1

IAP_Init();

//PA15是否為低電平

if (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_15) == 0x00)

{

//執(zhí)行IAP驅(qū)動程序更新Flash程序

SerialPutString("\r\n======================================================================");

SerialPutString("\r\n= =");

SerialPutString("\r\n= In-Application Programming Application (Version 1.0.0) =");

SerialPutString("\r\n= =");

SerialPutString("\r\n= By wuguoyan =");

SerialPutString("\r\n======================================================================");

SerialPutString("\r\n\r\n");

Main_Menu ();

}

//否則執(zhí)行用戶程序

else

{

//判斷用處是否已經(jīng)下載了用戶程序，因為正常情況下此地址是棧地址

//若沒有這一句話，即使沒有下載程序也會進入而導(dǎo)致跑飛。

if (((*(__IO uint32_t*)ApplicationAddress) & 0x2FFE0000 ) == 0x20000000)

{

SerialPutString("Execute user Program\r\n\n");

//跳轉(zhuǎn)至用戶代碼

JumpAddress = *(__IO uint32_t*) (ApplicationAddress + 4);

Jump_To_Application = (pFunction) JumpAddress;

//初始化用戶程序的堆棧指針

__set_MSP(*(__IO uint32_t*) ApplicationAddress);

Jump_To_Application();

}

else

{

SerialPutString("no user Program\r\n\n");

}

這里重點說一下幾句經(jīng)典且非常重要的代碼：

第一句： if (((*(__IO uint32_t*)ApplicationAddress) & 0x2FFE0000 ) == 0x20000000) //判斷棧定地址值是否在0x2000 0000 - 0x 2000 2000之間

怎么理解呢? (1),在程序里#define ApplicationAddress 0x8003000 ，*(__IO uint32_t*)ApplicationAddress) 即取0x8003000開始到0x8003003 的4個字節(jié)的值, 因為我們的應(yīng)用程序APP中設(shè)置把中斷向量表放置在0x08003000 開始的位置;而中斷向量表里第一個放的就是棧頂?shù)刂返闹?/p>

也就是說，這句話即通過判斷棧頂?shù)刂分凳欠裾_(是否在0x2000 0000 - 0x 2000 2000之間) 來判斷是否應(yīng)用程序已經(jīng)下載了，因為應(yīng)用程序的啟動文件剛開始就去初始化化?？臻g，如果棧頂值對了，說應(yīng)用程已經(jīng)下載了啟動文件的初始化也執(zhí)行了;

第二句： JumpAddress = *(__IO uint32_t*) (ApplicationAddress + 4); [ common.c文件第18行定義了： pFunction Jump_To_Application;]

ApplicationAddress + 4 即為0x0800 3004 ,里面放的是中斷向量表的第二項“復(fù)位地址” JumpAddress = *(__IO uint32_t*) (ApplicationAddress + 4); 之后此時JumpAddress

第三句： Jump_To_Application = (pFunction) JumpAddress;

startup_stm32f10x_md_lv. 文件中別名 typedef void (*pFunction)(void); 這個看上去有點奇怪;正常第一個整型變量 typedef int a; 就是給整型定義一個別名 a void (*pFunction)(void); 是聲明一個函數(shù)指針，加上一個typedef 之后 pFunction只不過是類型 void (*)(void) 的一個別名;例如：

pFunction a1,a2,a3;

void fun(void)

{

......

}

a1 = fun;

所以，Jump_To_Application = (pFunction) JumpAddress; 此時Jump_To_Application指向了復(fù)位函數(shù)所在的地址;

第四、五句： __set_MSP(*(__IO uint32_t*) ApplicationAddress); \\設(shè)置主函數(shù)棧指針

Jump_To_Application(); \\執(zhí)行復(fù)位函數(shù)

我們看一下啟動文件startup_stm32f10x_md_vl。s 中的啟動代碼，更容易理解

移植后的IAP代碼在我的資源(如果是stm32f100cb的芯片可以直接用)：http://download.csdn.Net/detail/yx_l128125/6475219

三、我們來簡單看下啟動文件中的啟動代碼，分析一下這更有利于我們對IAP的理解：

解析 STM32 的啟動過程

當前的嵌入式應(yīng)用程序開發(fā)過程里，并且C語言成為了絕大部分場合的最佳選擇。如此一來main函數(shù)似乎成為了理所當然的起點——因為C程序往往從main函數(shù)開始執(zhí)行。但一個經(jīng)常會被忽略的問題是：微控制器(單片機)上電后，是如何尋找到并執(zhí)行main函數(shù)的呢?很顯然微控制器無法從硬件上定位main函數(shù)的入口地址，因為使用C語言作為開發(fā)語言后，變量/函數(shù)的地址便由編譯器在編譯時自行分配，這樣一來main函數(shù)的入口地址在微控制器的內(nèi)部存儲空間中不再是絕對不變的。相信讀者都可以回答這個問題，答案也許大同小異，但肯定都有個關(guān)鍵詞，叫“啟動文件”，用英文單詞來描述是“Bootloader”。

無論性能高下，結(jié)構(gòu)簡繁，價格貴賤，每一種微控制器(處理器)都必須有啟動文件，啟動文件的作用便是負責(zé)執(zhí)行微控制器從“復(fù)位”到“開始執(zhí)行main函數(shù)”中間這段時間(稱為啟動過程)所必須進行的工作。最為常見的51，AVR或MSP430等微控制器當然也有對應(yīng)啟動文件，但開發(fā)環(huán)境往往自動完整地提供了這個啟動文件，不需要開發(fā)人員再行干預(yù)啟動過程，只需要從main函數(shù)開始進行應(yīng)用程序的設(shè)計即可。

話題轉(zhuǎn)到STM32微控制器，無論是keil uvision4還是IAR EWARM開發(fā)環(huán)境，ST公司都提供了現(xiàn)成的直接可用的啟動文件，程序開發(fā)人員可以直接引用啟動文件后直接進行C應(yīng)用程序的開發(fā)。這樣能大大減小開發(fā)人員從其它微控制器平臺跳轉(zhuǎn)至STM32平臺，也降低了適應(yīng)STM32微控制器的難度(對于上一代ARM的當家花旦ARM9，啟動文件往往是第一道難啃卻又無法逾越的坎)。

相對于ARM上一代的主流ARM7/ARM9內(nèi)核架構(gòu)，新一代Cortex內(nèi)核架構(gòu)的啟動方式有了比較大的變化。ARM7/ARM9內(nèi)核的控制器在復(fù)位后，CPU會從存儲空間的絕對地址0x000000取出第一條指令執(zhí)行復(fù)位中斷服務(wù)程序的方式啟動，即固定了復(fù)位后的起始地址為0x000000(PC = 0x000000)同時中斷向量表的位置并不是固定的。而Cortex-M3內(nèi)核則正好相反，有3種情況:

1、通過boot引腳設(shè)置可以將中斷向量表定位于SRAM區(qū)，即起始地址為0x2000000，同時復(fù)位后PC指針位于0x2000000處;

2、通過boot引腳設(shè)置可以將中斷向量表定位于FLASH區(qū)，即起始地址為0x8000000，同時復(fù)位后PC指針位于0x8000000處;

3、通過boot引腳設(shè)置可以將中斷向量表定位于內(nèi)置Bootloader區(qū)，本文不對這種情況做論述;

而Cortex-M3內(nèi)核規(guī)定，起始地址必須存放堆頂指針，而第二個地址則必須存放復(fù)位中斷入口向量地址，這樣在Cortex-M3內(nèi)核復(fù)位后，會自動從起始地址的下一個32位空間取出復(fù)位中斷入口向量，跳轉(zhuǎn)執(zhí)行復(fù)位中斷服務(wù)程序。對比ARM7/ARM9內(nèi)核，Cortex-M3內(nèi)核則是固定了中斷向量表的位置而起始地址是可變化的。

有了上述準備只是后，下面以STM32的2.02固件庫提供的啟動文件“stm32f10x_vector.s”為模板，對STM32的啟動過程做一個簡要而全面的解析。

程序清單一：

如程序清單一，STM32的啟動代碼一共224行，使用了匯編語言編寫，這其中的主要原因下文將會給出交代?，F(xiàn)在從第一行開始分析：

 第1行：定義是否使用外部SRAM，為1則使用，為0則表示不使用。此語行若用C語言表達則等價于：

#define DATA_IN_ExtSRAM 0

 第2行：定義?？臻g大小為0x00000400個字節(jié)，即1Kbyte。此語行亦等價于：

#define Stack_Size 0x00000400

 第3行：偽指令A(yù)REA，表示

 第4行：開辟一段大小為Stack_Size的內(nèi)存空間作為棧。

 第5行：標號__initial_sp，表示?？臻g頂?shù)刂贰?/p>

 第6行：定義堆空間大小為0x00000400個字節(jié)，也為1Kbyte。

 第7行：偽指令A(yù)REA，表示

 第8行：標號__heap_base，表示堆空間起始地址。

 第9行：開辟一段大小為Heap_Size的內(nèi)存空間作為堆。

 第10行：標號__heap_limit，表示堆空間結(jié)束地址。

 第11行：告訴編譯器使用THUMB指令集。

 第12行：告訴編譯器以8字節(jié)對齊。

 第13—81行：IMPORT指令，指示后續(xù)符號是在外部文件定義的(類似C語言中的全局變量聲明)，而下文可能會使用到這些符號。

 第82行：定義只讀數(shù)據(jù)段，實際上是在CODE區(qū)(假設(shè)STM32從FLASH啟動，則此中斷向量表起始地址即為0x8000000)

 第83行：將標號__Vectors聲明為全局標號，這樣外部文件就可以使用這個標號。

 第84行：標號__Vectors，表示中斷向量表入口地址。

 第85—160行：建立中斷向量表。

 第161行：

 第162行：復(fù)位中斷服務(wù)程序，PROC…ENDP結(jié)構(gòu)表示程序的開始和結(jié)束。

 第163行：聲明復(fù)位中斷向量Reset_Handler為全局屬性，這樣外部文件就可以調(diào)用此復(fù)位中斷服務(wù)。

 第164行：IF…ENDIF為預(yù)編譯結(jié)構(gòu)，判斷是否使用外部SRAM，在第1行中已定義為“不使用”。

 第165—201行：此部分代碼的作用是設(shè)置FSMC總線以支持SRAM，因不使用外部SRAM因此此部分代碼不會被編譯。

 第202行：聲明__main標號。

 第203—204行：跳轉(zhuǎn)__main地址執(zhí)行。

 第207行：IF…ELSE…ENDIF結(jié)構(gòu)，判斷是否使用DEF:__MICROLIB(此處為不使用)。

 第208—210行：若使用DEF:__MICROLIB，則將__initial_sp，__heap_base，__heap_limit亦即棧頂?shù)刂?，堆始末地址賦予全局屬性，使外部程序可以使用。

 第212行：定義全局標號__use_two_region_memory。

 第213行：聲明全局標號__user_initial_stackheap，這樣外程序也可調(diào)用此標號。

 第214行：標號__user_initial_stackheap，表示用戶堆棧初始化程序入口。

 第215—218行：分別保存棧頂指針和棧大小，堆始地址和堆大小至R0，R1，R2，R3寄存器。

 第224行：程序完畢。

以上便是STM32的啟動代碼的完整解析，接下來對幾個小地方做解釋：

1、 AREA指令：偽指令，用于定義代碼段或數(shù)據(jù)段，后跟屬性標號。其中比較重要的一個標號為“READONLY”或者“READWRITE”，其中“READONLY”表示該段為只讀屬性，聯(lián)系到STM32的內(nèi)部存儲介質(zhì)，可知具有只讀屬性的段保存于FLASH區(qū)，即0x8000000地址后。而“READONLY”表示該段為“可讀寫”屬性，可知“可讀寫”段保存于SRAM區(qū)，即0x2000000地址后。由此可以從第3、7行代碼知道，堆棧段位于SRAM空間。從第82行可知，中斷向量表放置與FLASH區(qū)，而這也是整片啟動代碼中最先被放進FLASH區(qū)的數(shù)據(jù)。因此可以得到一條重要的信息：0x8000000地址存放的是棧頂?shù)刂穇_initial_sp，0x8000004地址存放的是復(fù)位中斷向量Reset_Handler(STM32使用32位總線，因此存儲空間為4字節(jié)對齊)。

2、 DCD指令：作用是開辟一段空間，其意義等價于C語言中的地址符“&”。因此從第84行開始建立的中斷向量表則類似于使用C語言定義了一個指針數(shù)組，其每一個成員都是一個函數(shù)指針，分別指向各個中斷服務(wù)函數(shù)。

3、標號：前文多處使用了“標號”一詞。標號主要用于表示一片內(nèi)存空間的某個位置，等價于C語言中的“地址”概念。地址僅僅表示存儲空間的一個位置，從C語言的角度來看，變量的地址，數(shù)組的地址或是函數(shù)的入口地址在本質(zhì)上并無區(qū)別。

4、第202行中的__main標號并不表示C程序中的main函數(shù)入口地址，因此第204行也并不是跳轉(zhuǎn)至main函數(shù)開始執(zhí)行C程序。__main標號表示C/C++標準實時庫函數(shù)里的一個初始化子程序__main的入口地址。該程序的一個主要作用是初始化堆棧(對于程序清單一來說則是跳轉(zhuǎn)__user_initial_stackheap標號進行初始化堆棧的)，并初始化映像文件，最后跳轉(zhuǎn)C程序中的main函數(shù)。這就解釋了為何所有的C程序必須有一個main函數(shù)作為程序的起點——因為這是由C/C++標準實時庫所規(guī)定的——并且不能更改，因為C/C++標準實時庫并不對外界開發(fā)源代碼。因此，實際上在用戶可見的前提下，程序在第204行后就跳轉(zhuǎn)至.c文件中的main函數(shù)，開始執(zhí)行C程序了。

至此可以總結(jié)一下STM32的啟動文件和啟動過程。首先對棧和堆的大小進行定義，并在代碼區(qū)的起始處建立中斷向量表，其第一個表項是棧頂?shù)刂罚诙€表項是復(fù)位中斷服務(wù)入口地址。然后在復(fù)位中斷服務(wù)程序中跳轉(zhuǎn)¬¬C/C++標準實時庫的__main函數(shù)，完成用戶堆棧等的初始化后，跳轉(zhuǎn).c文件中的main函數(shù)開始執(zhí)行C程序。假設(shè)STM32被設(shè)置為從內(nèi)部FLASH啟動(這也是最常見的一種情況)，中斷向量表起始地位為0x8000000，則棧頂?shù)刂反娣庞?x8000000處，而復(fù)位中斷服務(wù)入口地址存放于0x8000004處。當STM32遇到復(fù)位信號后，則從0x80000004處取出復(fù)位中斷服務(wù)入口地址，繼而執(zhí)行復(fù)位中斷服務(wù)程序，然后跳轉(zhuǎn)__main函數(shù)，最后進入mian函數(shù)，來到C的世界。

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