STM32 BootLoader升级固件

一、知识点

• 1、BootLoader就是单片机启动时候运行的一段小程序，这段程序负责单片机固件的更新，也就是单片机选择性的自己给自己下程序。可以更新，也可以不更新，更新的话，BootLoader更新完程序后，跳转到新程序运行；不更新的话，BootLoader直接跳转到原来的程序去运行。
• 2、BootLoader更新完程序后并不擦除自己，下次启动后依然先运行BootLoader程序，又可以选择性的更新或者不更新程序，所以BootLoader就是用来管理单片机程序的更新。
• 3、在实际的单片机工程项目中，如果加入了BootLoader功能，就可以给单片机日后升级程序留出一个接口，方便日后单片机程序更新。当然，这就需要创建两个工程项目，一个为BootLoader工程，一个为APP工程。
• 4、BootLoader工程生成的.hex或者.bin文件通常下载到ROM或Flash中的首地址，这样可以保证上电后先运行BootLoader程序。而APP工程生成的.hex或者.bin文件则下载到ROM或Flash中BootLoader后面的地址中。也就是说，存在ROM/Flash中的内容是分为两部分的。
• 5、要实现在同一个ROM/Flash中保存两段程序，并且保证不能相互覆盖，则需要在下载程序时指定地址。如在Keil下，可以进行如下的调整。

• 6、实际上，在STM32系列的单片机中，Flash本身就是分扇区的，一个扇区16KB的样子，具体可以查看手册。那么就可以用从第一个扇区的首地址开始下载BootLoader的程序，而从第二个扇区的起始地址开始下载APP程序。如下为STM32F4系列芯片的Flash模块。

• 7、单片机上电之后开始执行BootLoader程序，这是单片机会检测用户是否有升级应用程序（APP）的请求，具体表现有很多种，例如检测内存卡，Nand Flash中是否包含升级文件，串口/I2C/SPI等外设接口是否传来升级文件。据说还有使用GSM来升级的。
• 8、所谓的升级，就是将ROM/Flash中存储APP程序的扇区内容擦除并写入新文件。例如一次固件升级的过程可以是：1、单片机上电执行BootLoader，2、BootLoader查找升级文件，3、若找到文件，擦除Flash中的部分扇区（存APP的），4、在擦除的扇区写入升级的文件，5、写入完成，读取数据检验是否出错，6、若数据一致，升级成功，删除升级文件，7、BootLoader程序跳转到APP程序执行。删除升级文件是为了下次上电后不再进行升级。
• 9、所谓的跳转，可以理解程序指针的改变，变为指向APP程序扇区的起始地址。

二、部分代码

• 1、主函数

int main(void)
{
    HAL_Init();//STM32初始化
    SystemClock_Config();//时钟配置
    System_GPIOInit();//IO口配置

    #ifdef BOOTLOAD_DISPLAY_ENABLE
    SystemColorInit();//显示屏配置
    #endif

    System_LoadUpdateFile();//升级函数
    while (1)
    {

    }
}

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• 2、升级函数

void System_LoadUpdateFile(void)
{
    uint8_t res;    
    if(bNandFlash_Error)//如果NandFlash错误，串口打印错误信息，跳转到用户程序
    {
        d_printf("NandFlash_Error jump
");
        BootLoad_Jump();//跳转函数
        return;
    }
    if(bNo_FileSystem)//如果没有文件系统，串口打印错误信息，跳转到用户程序
    {
        d_printf("no file system jump
");
        BootLoad_Jump();//跳转函数
        return;
    }
    if(f_open(&File, (char *)UPDATE_FILE_PATH, FA_READ)==FR_OK)//如果存在升级文件，开始执行升级
    {
        d_printf("update
");
        if(BootLoad_Program())//是否写入成功
        {
            f_close(&File);//关闭升级文件
            res=f_unlink((char *)UPDATE_FILE_PATH);//删除升级文件
            d_printfhex(res);d_printf("
");
            res=f_unlink((char *)UPDATE_DIR_PATH);//删除升级目录
            d_printfhex(res);d_printf("
");

            BootLoad_Jump();//跳转函数
        }
        else
        {
            HAL_FLASH_Lock();//锁定Flash
            d_printf("update fail
");
            f_close(&File);//关闭升级文件
            BootLoad_Jump();//跳转函数
        }       
    }
    else
    {
        d_printf("jump
");
        f_close(&File);
        BootLoad_Jump();
    }
}

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• 3、重写Flash函数

uint8_t BootLoad_Program(void)
{
    uint32_t BaseAddress=APPLICATION_ADDRESS;//APP地址
    uint32_t i,br,datacnt=0;
    uint8_t data8;
    GlobalPtr32=(uint32_t *)BootBuff;
    HAL_FLASH_Unlock();//解锁Flash
    if(BootLoad_Erase()==false)//擦除Flash
    {
        return false;
    }
    d_printf("size:");d_printfhex32(File.fsize);d_printf("
");
    while(1)
    {
        f_read(&File,BootBuff,8192,(void *)&br);//读取升级文件
        for (i=0;i<(br>>2);i++)
        {
            if (HAL_FLASH_Program(FLASH_TYPEPROGRAM_WORD, BaseAddress, GlobalPtr32[i]) == HAL_OK)//写入升级文件
            {
                BaseAddress = BaseAddress +4;
            }
            else
            { 
                d_printf("program err
");
                return false;
            }
        }
        datacnt+=br;
        if(datacnt>=File.fsize)//写入完成
        {
            break;
        }
    }
    d_printf("verify
");       //验证Flash中的内容与升级文件是否一致
    f_lseek(&File,0);           //若一致代表升级成功
    datacnt=0;                  //若不一致代表升级失败
    BaseAddress=APPLICATION_ADDRESS;
    while(1)
    {
        f_read(&File,BootBuff,8192,(void *)&br);
        for (i=0;i<br;i++)
        {
            data8 = *(__IO uint8_t*)BaseAddress;
            if (data8 != BootBuff[i])
            {
                d_printf("error!
");
                return false;
            }
            BaseAddress ++;
        }
        datacnt+=br;
        if(datacnt>=File.fsize)
        {
            break;
        }
    }
    HAL_FLASH_Lock();//锁定Flash
    return true;
}

• 4、跳转函数（从BootLoader中跳转到APP的main函数）

void BootLoad_Jump(void)
{
    /* Check Vector Table: Test if user code is programmed starting from address 
    "APPLICATION_ADDRESS" */
    d_printfhex32((*(__IO uint32_t*)APPLICATION_ADDRESS));d_printf("
");
    if (((*(__IO uint32_t*)APPLICATION_ADDRESS) & 0x2FFE0000 ) == 0x20000000)
    {
    JumpAddress = *(__IO uint32_t*) (APPLICATION_ADDRESS +4);
    d_printfhex32(JumpAddress);d_printf("
");
    HAL_Delay(100);
    Jump_To_Application = (pFunction) JumpAddress;
    /* Initialize user application's Stack Pointer */
    __set_MSP(*(__IO uint32_t*) APPLICATION_ADDRESS);
    Jump_To_Application();
    }
}