【STM32H7教程】第68章 STM32H7的系统bootloader之USB DFU方式固件升级

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第68章 STM32H7的系统bootloader之USB DFU方式固件升级

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。

DFU的全称是Device Firmware Upgrade,即设备固件升级

68.1 初学者重要提示

68.2 跳转到系统bootloader的程序设计

68.3 STM32CubeProg的安装说明

68.3 STM32CubeProg的程序下载说明

68.4 USB DFU方式系统bootloader驱动移植和使用

68.6 实验例程设计框架

68.7 实验例程说明（MDK）

68.8 实验例程说明（IAR）

68.9 总结

68.1 初学者重要提示

学习本章节前，务必优先学习第67章。
特别注意STM32H7的系统bootLoader地址并不是0x1FFF 0000。
本章用到的相关软件和文档下载：http://www.armbbs.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=96573 。
软件STM32CubeProg和DfuSe都支持USB DFU，但是两个软件不能都安装使用，因为这两个软件的USB驱动不同，导致工作在系统bootloader模式的板子通过USB线接到电脑端时，只有一个软件的驱动被识别。
DfuSe是老版的USB DFU软件，不推荐大家使用了。建议使用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。
本章节的USB DFU的下载软件采用STM32CubeProg，如果想使用DfuSe的话，此贴有详细说明：http://www.armbbs.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=11185 。
当芯片工作在系统bootLoader的USB DFU模式，更新完毕程序后，不会自动退出USB DFU，需要重新复位芯片后才会退出。由于DFU模式会用到USB线，插拔USB线是难以避免的，所以是否支持自动退出，并不影响。

68.2 跳转到系统bootLoader的程序设计

程序设计如下，基本是按照第67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; /* STM32H7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，H7的系统Bootloader地址在0x1FF09800。
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H7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40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43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。此寄存器的作用如下：

第46行，跳转到系统bootLoader。

68.3 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：

68.4 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boot引脚进行下载，另一种是设置程序跳转到系统bootloader进行下载。

68.4.1 设置boot引脚跳转到系统bootLoader

第1步：此接口插上USB线：

第2步：板子上电前按住右下角的BOOT引脚。

第3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：

68.4.2 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：

68.4.3 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USB方式，点击Connect按钮。

识别成功后的效果如下：

这里要特别注意一点，如果用户没有关闭这个软件，多次插拔USB线时，记得点击这里的刷新按钮，因为有时候这个软件不会自动显示出来，点击刷新按钮才行。

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选项勾选或者不勾选均可，因为测试发现STM32CubeProg不支持USB DFU编程后运行。这样特别说一点，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。

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。

68.5 USB DFU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 */

68.6 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MPU，Cache，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。。

68.7 实验例程说明（MDK）

配套例子：

V7-047_基于系统bootloader的USB接口方式IAP升级（USB DFU）

实验目的：

学习基于系统bootloader的USB接口方式IAP升级。

实验内容：

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。
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。
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：

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：

RAM空间用的DTCM：

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)
{
    /* 配置MPU */
    MPU_Config();
    
    /* 使能L1 Cache */
    CPU_CACHE_Enable();

    /* 
       STM32H7xx HAL 库初始化，此时系统用的还是H7自带的64MHz，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400MHz
       - 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V7开发板用户手册第xx章
    */    
#if Enable_EventRecorder == 1  
    /* 初始化EventRecorder并开启 */
    EventRecorderInitialize(EventRecordAll, 1U);
    EventRecorderStart();
#endif
    
bsp_InitDWT();      /* 初始化DWT时钟周期计数器 */       
    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FMC总线74HC574扩展IO. 必须在 bsp_InitLed()前执行 */    
    bsp_InitLed();        /* 初始化LED */    
    bsp_InitExtSDRAM(); /* 初始化SDRAM */
}

MPU配置和Cache配置：

数据Cache和指令Cache都开启。配置了AXI SRAM区（本例子未用到AXI SRAM）和FMC的扩展IO区。

/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: MPU_Config
*    功能说明: 配置MPU
*    形    参: 无
*    返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
static void MPU_Config( void )
{
    MPU_Region_InitTypeDef MPU_InitStruct;

    /* 禁止 MPU */
    HAL_MPU_Disable();

    /* 配置AXI SRAM的MPU属性为Write back, Read allocate，Write allocate */
    MPU_InitStruct.Enable           = MPU_REGION_ENABLE;
    MPU_InitStruct.BaseAddress      = 0x24000000;
    MPU_InitStruct.Size             = MPU_REGION_SIZE_512KB;
    MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS;
    MPU_InitStruct.IsBufferable     = MPU_ACCESS_BUFFERABLE;
    MPU_InitStruct.IsCacheable      = MPU_ACCESS_CACHEABLE;
    MPU_InitStruct.IsShareable      = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE;
    MPU_InitStruct.Number           = MPU_REGION_NUMBER0;
    MPU_InitStruct.TypeExtField     = MPU_TEX_LEVEL1;
    MPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0x00;
    MPU_InitStruct.DisableExec      = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE;

    HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);
    
    
    /* 配置FMC扩展IO的MPU属性为Device或者Strongly Ordered */
    MPU_InitStruct.Enable           = MPU_REGION_ENABLE;
    MPU_InitStruct.BaseAddress      = 0x60000000;
    MPU_InitStruct.Size             = ARM_MPU_REGION_SIZE_64KB;    
    MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS;
    MPU_InitStruct.IsBufferable     = MPU_ACCESS_BUFFERABLE;
    MPU_InitStruct.IsCacheable      = MPU_ACCESS_NOT_CACHEABLE;    
    MPU_InitStruct.IsShareable      = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE;
    MPU_InitStruct.Number           = MPU_REGION_NUMBER1;
    MPU_InitStruct.TypeExtField     = MPU_TEX_LEVEL0;
    MPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0x00;
    MPU_InitStruct.DisableExec      = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE;
    
    HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);

    /*使能 MPU */
    HAL_MPU_Enable(MPU_PRIVILEGED_DEFAULT);
}

/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: CPU_CACHE_Enable
*    功能说明: 使能L1 Cache
*    形    参: 无
*    返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
static void CPU_CACHE_Enable(void)
{
    /* 使能 I-Cache */
    SCB_EnableICache();

    /* 使能 D-Cache */
    SCB_EnableDCache();
}

每10ms调用一次蜂鸣器处理：

蜂鸣器处理是在滴答定时器中断里面实现，每10ms执行一次检测。

/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: bsp_RunPer10ms
*    功能说明: 该函数每隔10ms被Systick中断调用1次。详见 bsp_timer.c的定时中断服务程序。一些处理时间要求
*              不严格的任务可以放在此函数。比如：按键扫描、蜂鸣器鸣叫控制等。
*    形    参: 无
*    返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
void bsp_RunPer10ms(void)
{
    bsp_KeyScan10ms();
}

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;
            }
        }
    }
}