Iap,全名為in applacation programming,即在應(yīng)用編程,與之相對應(yīng)的叫做isp,in system programming,在系統(tǒng)編程,兩者的不同是isp需要依靠燒寫器在單片機(jī)復(fù)位離線的情況下編程,需要人工的干預(yù),而iap則是用戶自己的程序在運(yùn)行過程中對User Flash 的部分區(qū)域進(jìn)行燒寫，目的是為了在產(chǎn)品發(fā)布后可以方便地通過預(yù)留的通信口對產(chǎn)品中的固件程序進(jìn)行更新升級(jí)。在工程應(yīng)用中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)我們的產(chǎn)品被安裝在某個(gè)特定的機(jī)械結(jié)構(gòu)中,更新程序的時(shí)候拆機(jī)很不方便,使用iap技術(shù)能很好地降低工作量.

實(shí)現(xiàn)iap有兩個(gè)很重要的前提,首先,單片機(jī)程序能對自身的內(nèi)部flash進(jìn)行擦寫,第二,單片機(jī)要有能夠和外部進(jìn)行通訊的方式,無論是網(wǎng)絡(luò)還是別的方式,只要能傳輸數(shù)據(jù)就行

通常實(shí)現(xiàn) IAP 功能時(shí)，即用戶程序運(yùn)行中作自身的更新操作，需要在設(shè)計(jì)固件程序時(shí)編寫兩個(gè)項(xiàng)目代碼，第一個(gè)項(xiàng)目程序不執(zhí)行正常的功能操作，而只是通過某種通信方式(如 USB、 USART)接收程序或數(shù)據(jù)，執(zhí)行對第二部分代碼的更新；第二個(gè)項(xiàng)目代碼才是真正的功能代碼。這兩部分項(xiàng)目代碼都同時(shí)燒錄在 User Flash 中，當(dāng)芯片上電后，首先是第一個(gè)項(xiàng)目代碼開始運(yùn)行，它作如下操作： 

1）檢查是否需要對第二部分代碼進(jìn)行更新 

2）如果不需要更新則轉(zhuǎn)到 4） 

3）執(zhí)行更新操作 

4）跳轉(zhuǎn)到第二部分代碼執(zhí)行 

第一部分代碼必須通過其它手段，如 JTAG 或 ISP 燒入；第二部分代碼可以調(diào)用第一部分的功能

也就是說,將iap和app做成兩個(gè)程序,這是其中的一種策略,還有一種策略,可以把iap程序和app程序做在一個(gè)代碼中,但是那樣耦合性有點(diǎn)高,我們先進(jìn)行第一種嘗試.

要做iap首先我們要知道stm32的啟動(dòng)流程,流程如下

1、單片機(jī)從0x80000000位置啟動(dòng),并將該地址當(dāng)成系統(tǒng)棧頂?shù)刂?p>2、運(yùn)行到中斷向量表中,默認(rèn)的中斷向量表為0x80000004,該位置存放復(fù)位中斷

3、跳轉(zhuǎn)到復(fù)位中斷處理函數(shù)當(dāng)中,進(jìn)行系統(tǒng)初始化,然后運(yùn)行main函數(shù)

當(dāng)我們準(zhǔn)備用iap的時(shí)候,單片機(jī)內(nèi)部是有著兩套程序的,這個(gè)時(shí)候我們就需要在iap中

和app中分別放置兩套中斷向量表,當(dāng)iap代碼中將app燒寫到flash中之后,跳轉(zhuǎn)到app的中斷向量表中,程序就可以正常執(zhí)行了,當(dāng)然需要修改某些系統(tǒng)設(shè)置,使得在app和iap階段單片機(jī)可見的中斷向量表只能有一套(具體請查看stm32芯片的啟動(dòng)代碼)

而當(dāng)需要從app跳轉(zhuǎn)到iap的時(shí)候,只需要將app的中斷向量表修改成iap的中斷向量表,同時(shí)主動(dòng)跳轉(zhuǎn)到iap的reset中斷處理程序,這樣就能再次開始iap流程.

這樣,在系統(tǒng)中就需要我們確定幾個(gè)東西,第一個(gè)是iap程序的中斷向量表,為0x80000004位置(80000000存放的是msp的初始值),第二個(gè)是app程序的中斷向量表,該位置需要根據(jù)iap程序的長度計(jì)算,比如iap占用了64K,那么512K的芯片而言,就還有448K的空間存放app程序,448K的最開始放置中斷向量表,位置就應(yīng)該是0x08000000+0x10004的位置.

Cortex-m3的中斷向量并不是在程序中固定的,我們可以通過修改某些寄存器來修改對于當(dāng)前應(yīng)用的中斷向量表位置.

決定中斷向量表的寄存器是如下這個(gè)

通過修改這個(gè)寄存器的值,我們可以控制對于當(dāng)前單片機(jī)應(yīng)用來說可見的向量表的位置(也就說說邏輯上我們有兩個(gè)向量表,但是同一時(shí)間只有一個(gè)運(yùn)行)

以上是內(nèi)核階段的操作,在此之外我們還需要對stm32的flash進(jìn)行編程,那么就涉及到刪除的編程和擦除操作,這需要參考stm32的閃存編程手冊

首先,當(dāng)單片機(jī)復(fù)位之后,閃存式被鎖住的,需要主動(dòng)去解鎖,向FLASH_KEYR寫入兩個(gè)指定的連續(xù)鍵值用于解鎖

然后將需要寫入的閃存擦除,擦除之后在進(jìn)行寫入,寫入完成,再次上鎖

對應(yīng)的代碼如下

u16 STMFLASH_BUF[STM_SECTOR_SIZE/2];//最多是2K字節(jié)

void STMFLASH_Write(u32 WriteAddr,u16 *pBuffer,u16 NumToWrite)

{

u32 secpos;       //扇區(qū)地址

u16 secoff;       //扇區(qū)內(nèi)偏移地址(16位字計(jì)算)

u16 secremain; //扇區(qū)內(nèi)剩余地址(16位字計(jì)算)      

u16 i;   

u32 offaddr;   //去掉0X08000000后的地址

if(WriteAddr=(STM32_FLASH_BASE+1024*STM32_FLASH_SIZE)))return;//非法地址

FLASH_Unlock();                     //解鎖

offaddr=WriteAddr-STM32_FLASH_BASE;            //實(shí)際偏移地址.

secpos=offaddr/STM_SECTOR_SIZE;        //扇區(qū)地址  0~127 for STM32F103RBT6

secoff=(offaddr%STM_SECTOR_SIZE)/2;    //在扇區(qū)內(nèi)的偏移(2個(gè)字節(jié)為基本單位.)

secremain=STM_SECTOR_SIZE/2-secoff;    //扇區(qū)剩余空間大小  

if(NumToWrite<=secremain)secremain=NumToWrite;//不大于該扇區(qū)范圍

while(1)

{  

STMFLASH_Read(secpos*STM_SECTOR_SIZE+STM32_FLASH_BASE,STMFLASH_BUF,STM_SECTOR_SIZE/2);//讀出整個(gè)扇區(qū)的內(nèi)容

for(i=0;i

{

if(STMFLASH_BUF[secoff+i]!=0XFFFF)break;//需要擦除    

}

if(i

{

FLASH_ErasePage(secpos*STM_SECTOR_SIZE+STM32_FLASH_BASE);//擦除這個(gè)扇區(qū)

for(i=0;i

{

STMFLASH_BUF[i+secoff]=pBuffer[i];    

}

STMFLASH_Write_NoCheck(secpos*STM_SECTOR_SIZE+STM32_FLASH_BASE,STMFLASH_BUF,STM_SECTOR_SIZE/2);//寫入整個(gè)扇區(qū) 

}else STMFLASH_Write_NoCheck(WriteAddr,pBuffer,secremain);//寫已經(jīng)擦除了的,直接寫入扇區(qū)剩余區(qū)間.                  

if(NumToWrite==secremain)break;//寫入結(jié)束了

else//寫入未結(jié)束

{

secpos++;              //扇區(qū)地址增1

secoff=0;              //偏移位置為0    

pBuffer+=secremain;    //指針偏移

WriteAddr+=secremain;  //寫地址偏移   

NumToWrite-=secremain; //字節(jié)(16位)數(shù)遞減

if(NumToWrite>(STM_SECTOR_SIZE/2))secremain=STM_SECTOR_SIZE/2;//下一個(gè)扇區(qū)還是寫不完

else secremain=NumToWrite;//下一個(gè)扇區(qū)可以寫完了

}   

}; 

FLASH_Lock();//上鎖

該函數(shù)可以實(shí)現(xiàn)flash的寫入操作,接下來我們需要定義一套通訊協(xié)議用于串口數(shù)據(jù)傳輸

//串口接收緩沖區(qū)

u8 serial_Buffer[SERIAL_MAX_LENGTH] = {0};

//串口接收數(shù)據(jù)長度

u16 serial_Buffer_Length = 0;

u8 receiveMode = 0;//接收參數(shù)的中斷處理模型,為0的時(shí)候是命令模式,為1的時(shí)候?yàn)橄螺d模式

u8 receiveExpectCount = 0;//串口期望接收長度

//串口中斷處理

static void SerialRecv(u8 ch)

{

if(receiveMode == 0)

{

if((serial_Buffer_Length&0x8000) == 0x8000)//已經(jīng)接收完成,系統(tǒng)還沒處理

{

serial_Buffer_Length |= 0x8000;//退出

}

else if((serial_Buffer_Length&0x4000) == 0x4000)//接收到回車還沒接收到換行

{

if(ch == 'n')serial_Buffer_Length |= 0x8000;

else

{

//一幀接受失敗

serial_Buffer_Length = 0;

}

}

else

{

if((serial_Buffer_Length&0xff) < SERIAL_MAX_LENGTH)

{

if(ch == 'r')serial_Buffer_Length |= 0x4000;

else

{

serial_Buffer[(serial_Buffer_Length&0xff)] = ch;

serial_Buffer_Length++;

}

}

else

{

//一幀接受失敗

serial_Buffer_Length = 0;

}

}

}

else

{

//下載模式,只控制字符串的量,數(shù)據(jù)的第一位是該數(shù)據(jù)包的長度,接收到這么多長度,接收完成位置一

//注意,在這種模式下,清除serial_Buffer_Length之前應(yīng)當(dāng)清除receiveExpectCount的值

if(receiveExpectCount == 0)//期望下載為0,第一個(gè)數(shù)就是期望下載數(shù)

{

receiveExpectCount = ch;

}

else

{

if((serial_Buffer_Length&0x8000) == 0x8000)//已經(jīng)接收完成,系統(tǒng)還沒處理,此時(shí)不接收數(shù)據(jù)

{

serial_Buffer_Length |= 0x8000;//退出

}

else

{

serial_Buffer[(serial_Buffer_Length&0xff)] = ch;//接收數(shù)據(jù)并保存

serial_Buffer_Length++;

if((serial_Buffer_Length&0xff) == receiveExpectCount)//接收到了期望長度的數(shù)據(jù)

{

serial_Buffer_Length |= 0x8000;//一包接收完成標(biāo)志

}

}

}

}

}

這樣系統(tǒng)就能接收數(shù)據(jù)了,接下來定義五個(gè)命令

"iap_down"

"iap_jump_app"

"iap_over"

"iap_set_flag"

"iap_clear_flag"

第一個(gè)命令為系統(tǒng)開始下載,在這個(gè)命令之后上位機(jī)就能夠?qū)⒊绦驍?shù)據(jù)發(fā)下來了,

第二個(gè)命令為iap跳轉(zhuǎn)到app的跳轉(zhuǎn)指令

第三個(gè)命令是指示iap完成,將系統(tǒng)緩沖區(qū)清空的指令

第四個(gè)指令為設(shè)置app標(biāo)志,當(dāng)iap檢測到該標(biāo)志的時(shí)候直接跳轉(zhuǎn)到app程序中

第五個(gè)指令為清除app標(biāo)志,讓iap程序不自動(dòng)跳轉(zhuǎn)到app程序中,我們分別來看

首先是iap_set_flag,其響應(yīng)函數(shù)如下

#define APP_CONFIG_ADDR     0X08001FFC //配置地址

#define APP_CONFIG_SET_VALUE    0X5555 //設(shè)置值

#define APP_CONFIG_CLEAR_VALUE  0XFFFF //清零值

//設(shè)置app固化配置

void iap_set_flag_s(void)

{

Test_Write(APP_CONFIG_ADDR,APP_CONFIG_SET_VALUE);

printf("okrn");

}

我們使用0x08000000-0x08003000來存放iap代碼,并將0X08001FFC作為存放app固化標(biāo)志的地方

//清除app固化配置

void iap_clear_flag(void)

{

Test_Write(APP_CONFIG_ADDR,APP_CONFIG_CLEAR_VALUE);

printf("okrn");

}

對iap_jump2app命令的響應(yīng)如下

//跳轉(zhuǎn)到應(yīng)用程序段

//appxaddr:用戶代碼起始地址.

void iap_load_app(u32 appxaddr)

{

if(((*(vu32*)appxaddr)&0x2FFE0000)==0x20000000)  //檢查棧頂?shù)刂肥欠窈戏?0x20000000是sram的起始地址,也是程序的棧頂?shù)刂?p>{

printf("okrn");

Delay_Ms(10);

jump2app=(iapfun)*(vu32*)(appxaddr+4);    //用戶代碼區(qū)第二個(gè)字為程序開始地址(復(fù)位地址)     

MSR_MSP(*(vu32*)appxaddr);                //初始化APP堆棧指針(用戶代碼區(qū)的第一個(gè)字用于存放棧頂?shù)刂?

jump2app();                               //跳轉(zhuǎn)到APP.

}

else

{

printf("program in flash is errorrn");

}

}

//跳轉(zhuǎn)到app區(qū)域運(yùn)行

void iap_jump_app_s(void)

{

iap_load_app(FLASH_APP1_ADDR);//跳轉(zhuǎn)到app的復(fù)位向量地址

}

接下來就是iap_down,用于下載的核心算法

#define FLASH_APP1_ADDR     0x08002000     //第一個(gè)應(yīng)用程序起始地址(存放在FLASH)

//保留的空間為IAP使用

u16 iapbuf[1024] = {0}; //用于緩存數(shù)據(jù)的數(shù)組

u16 receiveDataCur = 0;  //當(dāng)前iapbuffer中已經(jīng)填充的數(shù)據(jù)長度,一次填充滿了之后寫入flash并清零

u32 addrCur = FLASH_APP1_ADDR;         //當(dāng)前系統(tǒng)寫入地址,每次寫入之后地址增加2048

//開始下載

void iap_down_s(void)

{

u16 i = 0;

u16 temp = 0;

u16 receiveCount;

printf("begin,wait data downloadrn");

receiveMode = 1;//串口進(jìn)入下載接收數(shù)據(jù)模式

while(1)

{

//循環(huán)接收數(shù)據(jù),每次必須要發(fā)128個(gè)數(shù)據(jù)下來,如果沒有128,說明這是最后一包數(shù)據(jù)

//接收到一包數(shù)據(jù)之后,返回一個(gè)小數(shù)點(diǎn),發(fā)送完成,系統(tǒng)編程完成之后返回一個(gè)iap_over

if(serial_Buffer_Length & 0x8000)

{

receiveCount = (u8)(serial_Buffer_Length&0x00ff);

if(receiveCount == 128)//滿足一包,填充并查看是否有了1024字節(jié),有了寫入閃存

{

for(i = 0; i < receiveCount; i+=2)

{

//數(shù)據(jù)八位融合為16位

temp = (((u16)serial_Buffer[i+1])<<8) + ((u16)serial_Buffer[i]);

iapbuf[receiveDataCur] = temp;

receiveDataCur++;//完成之后receiveDataCur++;

}

receiveExpectCount = 0;//清除期望接收模式

serial_Buffer_Length = 0;//清除串口滿標(biāo)志

printf(".");//每次接受一次數(shù)據(jù)打一個(gè)點(diǎn)

//此時(shí)需要檢測receiveDataCur的值,要是放滿了,就需要寫入

if(receiveDataCur == 1024)

{

//寫入flash中

STMFLASH_Write(addrCur,iapbuf,1024);

//printf("rnwrite addr %x,length 1024rn",addrCur);

addrCur += 2048;//地址+2048

//寫完之后receiveDataCur要清零等待下一次傳輸

receiveDataCur = 0;

}

else //有可能最后一包有128個(gè)數(shù)據(jù)但是最終沒有2048個(gè)數(shù)據(jù),此時(shí)擴(kuò)展一個(gè)指令用于完成最后一個(gè)的寫入

{

}

//還沒放滿,等待下一次數(shù)據(jù)過來

}

else   //不滿足一包,說明數(shù)據(jù)傳送這是最后一包,寫入閃存

{

//沒有一包也要傳送到緩存中

for(i = 0; i < receiveCount; i+=2)

{

//數(shù)據(jù)八位融合為16位

temp = (((u16)serial_Buffer[i+1])<<8) + ((u16)serial_Buffer[i]);

iapbuf[receiveDataCur] = temp;

receiveDataCur++;//完成之后receiveDataCur++;

}

receiveExpectCount = 0;//清除期望接收模式

serial_Buffer_Length = 0;//清除串口滿標(biāo)志

printf(".");//每次接受一次數(shù)據(jù)打一個(gè)點(diǎn)

//之后就要將這數(shù)據(jù)寫入到閃存中

STMFLASH_Write(addrCur,iapbuf,receiveDataCur);//將最后的一些內(nèi)容字節(jié)寫進(jìn)去.

//printf("rnwrite addr %x,length %drn",addrCur,receiveDataCur);

//寫完之后要把地址恢復(fù)到原來的位置

addrCur = FLASH_APP1_ADDR;

receiveDataCur = 0;

//寫完之后要退出下載循環(huán)并告訴上位機(jī),已經(jīng)下載完了

printf("download overrn");

//同時(shí),也要退出下載循環(huán)模式

receiveMode = 0;

return;

}

這段代碼的核心思想是上位機(jī)每次發(fā)送128個(gè)數(shù)據(jù)下來,發(fā)滿了2048個(gè)寫一次flash,當(dāng)最后一包數(shù)據(jù)不是128的時(shí)候說明數(shù)據(jù)發(fā)送完成了,這時(shí)候退出下載模式,但是當(dāng)遇到最后一包數(shù)據(jù)也是128個(gè)時(shí)候怎么辦呢,于是定義了這個(gè)指令

iap_over,上位機(jī)偵測到最后一包數(shù)據(jù)也是128個(gè)的時(shí)候補(bǔ)充發(fā)送該命令,下位機(jī)將緩存寫入并退出

//最后一包有128個(gè)數(shù)據(jù)但是最終沒有2048個(gè)數(shù)據(jù)

//收到這個(gè)指令檢測receiveDataCur和addrCur的值,

//完成最后的寫入

void iap_over_s(void)

{

//這個(gè)時(shí)候,依然在串口下載模式

if(receiveDataCur != 0)

{

STMFLASH_Write(addrCur,iapbuf,receiveDataCur);//將最后的一些內(nèi)容字節(jié)寫進(jìn)去.

//printf("write addr %x,length %d",addrCur,receiveDataCur);

addrCur = FLASH_APP1_ADDR;

receiveDataCur = 0;

//同時(shí),也要退出下載模式

receiveMode = 0;

}

printf("okrn");

}

這是iap的核心代碼,接下來我們在main函數(shù)中檢測app固化標(biāo)志,如果標(biāo)志位設(shè)置,那么跳轉(zhuǎn)到app

if(STMFLASH_ReadHalfWord(APP_CONFIG_ADDR) == 0x5555)

{

//直接跳轉(zhuǎn)到APP

iap_jump_app_s();

}

到這里基本上就完成了iap的工作,可是想想,還需要設(shè)置一個(gè)地方,我們要在target中設(shè)置使用的flash空間,不能超范圍,如下

如果需要flash下載的話還需要設(shè)置jlink的flash下載設(shè)置如下.

這樣可以直接使用jlink將代碼下載到單片機(jī)中,而且不會(huì)影響原先的app程序,注意,要選擇erase sector used,不能全部擦除flash

橋斗麻袋,我們忘了一件事情,假設(shè)我們設(shè)置了app標(biāo)志,那及時(shí)app能跳轉(zhuǎn)到iap中,iap豈不是馬上會(huì)跳轉(zhuǎn)回app,永遠(yuǎn)不能等待下載?

解決辦法就是我們在app中app跳轉(zhuǎn)到iap的指令中將app固化標(biāo)志清除掉,在app代碼中添加一條指令

Iap,其響應(yīng)方法為

__asm void MSR_MSP(u32 addr)

{

MSR MSP, r0           //set Main Stack value

BX r14

}

void iap_jump(u32 iapxaddr)

{

if(((*(vu32*)iapxaddr)&0x2FFE0000)==0x20000000)  //檢查棧頂?shù)刂肥欠窈戏?0x20000000是sram的起始地址,也是程序的棧頂?shù)刂?p>{

printf("okrn");

Delay_Ms(10);

jump2iap=(iapfun)*(vu32*)(iapxaddr+4);    //用戶代碼區(qū)第二個(gè)字為程序開始地址(復(fù)位地址)