STM32固件升級設計——SD卡升級固件

概述

一、功能描述?

1、BootLoader部分：

2、APP部分：

二、BootLoader程序制作

1、分區定義

2、主函數

3、SD卡升級文件檢測和更新

4、程序跳轉

三、APP程序制作

四、工程配置（默認KEIL5）

五、運行測試?

結束語

概述

????????IAP（In Application Programming）即在應用中編程，允許在應用程序運行時更新或切換固件。STM32通過修改MSP（主堆棧指針）和PC（程序計數器）實現從不同地址啟動，包括Flash或RAM地址。默認情況下，嵌入式程序以連續二進制形式燒錄到STM32的可尋址Flash區域。若Flash容量足夠存儲多個完整程序，每個程序獨立且完整，上電后可通過修改MSP值選擇不同程序入口，從而實現多固件切換或升級。

?????????BootLoader（引導加載程序）是嵌入式系統或計算機啟動時運行的一段小型程序，負責初始化硬件、加載操作系統內核并將其控制權移交。它是系統從關機狀態到操作系統完全運行之間的橋梁。

????????所以，固件升級的基本思路是將stm32的flash劃分為若干個區域，其中包括BootLoader區域和APP區等，將各自的程序寫到對應的flash區域里，本文將采用讀取SD卡的文件來更新固件，只重實踐不講原理。

一、功能描述?

????????使用STM32的SDIO總線驅動microSD卡實現SD卡升級程序。將FLASH分為2個部分。
分區介紹：
????????本文使用stm32f407zgt6，flash是1M，sector是不固定的（在讀寫擦除flash時需要特別注意），詳細看下圖STM32F4系列的FLASH結構。

????????BootLoader整個代碼編譯下來有36K左右，所以使用0x08000000~0x0000FFFF，剩下的FLASH全部用來存放APP，使用0x08010000~0x080F0000。

區域	起始地址	區域大小	功能
BOOT	0x08000000	0x00010000(64k)	存放BootLoader程序
APP	0x08010000	0x000F0000(960k)	存放產品主程序

tips：?選擇以上分區方式的好處是在上電瞬間可以觸發升級，只要SD卡里面根目錄有正確的程序都可以更新固件，所以就沒必要用到SETTING區域在存更新觸發標志位了。

1、BootLoader部分：

????????運行時首先會初始化SD卡，如果初始化成功并且檢測到存在SD卡，就查找根目錄是否有firmware.bin文件，如果有就升級，沒有就直接進入APP，檢測不到SD卡也會直接進入APP。

2、APP部分：

????????該部分需要在程序起始設置中斷向量跳轉指針，剩下的就是自己寫的主程序。

二、BootLoader程序制作

????????主要包含了YMODEM協議的驅動代碼。

1、分區定義

#define FLASH_SECTOR_SIZE           1024
#define FLASH_SECTOR_NUM            1024    // 1024K
#define FLASH_START_ADDR            ((uint32_t)0x8000000)
#define FLASH_END_ADDR              ((uint32_t)(0x8000000 + FLASH_SECTOR_NUM * FLASH_SECTOR_SIZE))//flash sector addr
#define ADDR_FLASH_SECTOR_0         ((uint32_t)0x08000000) 	//sector0 addr, 16 Kbytes  
#define ADDR_FLASH_SECTOR_1         ((uint32_t)0x08004000) 	//sector1 addr, 16 Kbytes  
#define ADDR_FLASH_SECTOR_2         ((uint32_t)0x08008000) 	//sector2 addr, 16 Kbytes  
#define ADDR_FLASH_SECTOR_3         ((uint32_t)0x0800C000) 	//sector3 addr, 16 Kbytes  
#define ADDR_FLASH_SECTOR_4         ((uint32_t)0x08010000) 	//sector4 addr, 64 Kbytes  
#define ADDR_FLASH_SECTOR_5         ((uint32_t)0x08020000) 	//sector5 addr, 128 Kbytes  
#define ADDR_FLASH_SECTOR_6         ((uint32_t)0x08040000) 	//sector6 addr, 128 Kbytes  
#define ADDR_FLASH_SECTOR_7         ((uint32_t)0x08060000) 	//sector7 addr, 128 Kbytes  
#define ADDR_FLASH_SECTOR_8         ((uint32_t)0x08080000) 	//sector8 addr, 128 Kbytes  
#define ADDR_FLASH_SECTOR_9         ((uint32_t)0x080A0000) 	//sector9 addr, 128 Kbytes  
#define ADDR_FLASH_SECTOR_10        ((uint32_t)0x080C0000) 	//sector10 addr,128 Kbytes  
#define ADDR_FLASH_SECTOR_11        ((uint32_t)0x080E0000) 	//sector11 addr,128 Kbytes  #define BOOT_SECTOR_ADDR            0x08000000
#define BOOT_SECTOR_SIZE            0x10000
#define APP_SECTOR_ADDR             0x08010000     // APP sector start address  
#define APP_SECTOR_SIZE             0xF0000        // APP sector size    #define BOOT_ERASE_SECTORS_NUM      4  // 64k
#define APP_ERASE_SECTORS_NUM       8  // 64k+128k+128k+128k+128k+128k+128k+128ktypedef enum 
{NONE,START_PROGRAM,UPDATE_PROGRAM,UPDATE_SUCCESS,
} process_status;

2、主函數

????????這部分包含了升級的所有狀態，該框架可以說對比上一篇文章是完全不變的，主要是SD卡初始化沒問題就成功一大半了，具體看代碼。

static void iap_process(void)
{switch (bootupdate_process) {case NONE:break;case START_PROGRAM:printf("start app...\r\n");delay_ms(50);if ((((*(vu32*)(APP_SECTOR_ADDR+4))&0xFF000000)==0x08000000)&&(!iap_load_app(APP_SECTOR_ADDR))) {printf("no program\r\n");delay_ms(1000);}printf("start app failed\r\n");break;case UPDATE_PROGRAM:if(SD_Init()==0){printf("檢測到SD卡\r\n");show_sdcard_info();	//打印SD卡相關信息sd_update();}else{printf("沒檢測到SD卡\r\n");}bootupdate_process = UPDATE_SUCCESS;break;case UPDATE_SUCCESS:bootupdate_process = START_PROGRAM;
//			NVIC_SystemReset();break;default:break;}
}int main(void)
{        NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);//設置系統中斷優先級分組2delay_init(168);  //初始化延時函數uart_init(115200);		//初始化串口波特率為115200LED_Init();					//初始化LED bootupdate_process=UPDATE_PROGRAM;while(1){delay_ms(200);		 			   LED0=!LED0;iap_process();} 
}

3、SD卡升級文件檢測和更新

? ? ? ? 關于SD卡和FATFS文件系統的移植我是參考正點原子的，主要是將malloc用全局變量代替，其它需要注意的是SD卡的扇區需要選擇512字節。

本來是存放在堆區的，現改為存放在棧區

#define?? ?_USE_LFN?? ?2?? ??? ?/* 0 to 3 */

????????掛載SD卡，判斷sd卡根目錄下是否有firmware.bin文件，有的話就獲取一下該固件占用了多少個扇區，對應去擦除扇區，然后就可以復制固件到APP起始地址了。不存在該固件的話就直接退出進入APP。

void sd_update(void) 
{u8 file_buffer[512]={0};   uint32_t flash_addr = APP_SECTOR_ADDR;unsigned long total_bytes_read = 0;UINT bytes_read;fres=f_mount(&fs[0],"0:",1); 				//掛載FLASH.	if(fres==FR_OK)                             //FLASH磁盤,FAT文件系統正常{printf("Flash disk OK!\r\n");}// 判斷sd卡根目錄下是否有firmware.bin文件fres = f_stat("0:/firmware.bin", &fno);if(fres == FR_OK){printf("0:/firmware.bin”文件信息：\n");printf("》文件大小: %ld(字節)\n", fno.fsize);printf("sector_num=%d\r\n",get_mcu_flash_sector(flash_addr+(u32)fno.fsize)/8-4+1);mcu_flash_erase(flash_addr, get_mcu_flash_sector(flash_addr+(u32)fno.fsize)/8-4+1);}else{printf("firmware.bin not found!\r\n");}if(fres == FR_OK) {// 文件存在printf("firmware.bin found, size: %lu bytes\r\n", fno.fsize);printf("開始更新固件...\r\n");// 打開固件文件fres = f_open(&firmware_file, "0:/firmware.bin", FA_READ);if(fres == FR_OK) {// 循環讀取文件內容while (total_bytes_read < fno.fsize){// 讀取數據塊到緩沖區fres = f_read(&firmware_file, file_buffer, 512, &bytes_read);if (fres != FR_OK || bytes_read == 0){// 讀取出錯或到達文件末尾printf("讀取文件失敗或文件已結束，錯誤碼: %d\r\n", fres);break;}// 寫入到FLASHprintf("正在寫入地址 0x%08X，大小: %u 字節\r\n", flash_addr, bytes_read);mcu_flash_write(flash_addr, file_buffer, bytes_read);// 更新計數器和地址total_bytes_read += bytes_read;flash_addr += bytes_read;// 顯示進度printf("更新進度: %lu/%lu bytes\r\n", total_bytes_read, fno.fsize);}// 關閉文件f_close(&firmware_file);if (total_bytes_read == fno.fsize) {printf("固件更新完成! 共寫入 %lu 字節\r\n", total_bytes_read);} else {printf("固件更新未完成! 已寫入 %lu/%lu 字節\r\n", total_bytes_read, fno.fsize);}}}	else {// 文件不存在printf("firmware.bin not found!\r\n");}
}

4、程序跳轉

????????跳轉這部分網上也很多，基本沒什么區別，語句很少，建議每一步都去查一下大概意思。

tips：本文的開發環境有128k ram，所以下列語句需要判斷跳轉地址是否超出。

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

詳細參考以下文章：

關于STM32單片機IAP升級中if(((*(__IO uint32_t*)ulAddr_App) & 0x2FFE0000) == 0x20000000)語句的理解-CSDN博客

iapfun jump2app;uint8_t iap_load_app(uint32_t app_addr) 
{uint32_t jump_addr;if (((*(__IO uint32_t*)app_addr) & 0x2FFE0000 ) == 0x20000000) {  jump_addr = *(__IO uint32_t*) (app_addr + 4);  jump2app = (iapfun)jump_addr;  __set_MSP(*(__IO uint32_t*)app_addr);  jump2app();return 1;} return 0;
}

三、APP程序制作

????????這部分只需要設置一下flash的偏移量。

NVIC_SetVectorTable (NVIC_VectTab_FLASH, 0x08010000);	//向量重定向

四、工程配置（默認KEIL5）

BootLoader部分：0x08000000~0x0800FFFF

APP部分：0x08010000~0x080F0000

五、運行測試?

（1）首先將firmware.bin固件存放到SD卡的根目錄。? ? ??

（2）沒插上SD卡的情況，直接進入APP程序。

（3）上電前插入SD卡后啟動的情況，可以看到檢測到SD卡并且打印SD卡的基礎信息，找到firmware.bin文件后就開始按512字節寫入APP的起始地址，寫完后進入新的APP程序。之后需要拔出SD卡，不然每次上電都會執行更新程序步驟。?

結束語

????????以上SD卡升級stm32單片機功能已實現，思路和我前面寫的文章一模一樣，思路理解了就能一直套娃了，所以便一股腦移植SD卡了，建議大家在移植的時候對照著文檔或者SDK直接移植過來，當然用HAL庫更好。后面大家看到的也希望可以得到大家的指點或者互動，感謝各位亦菲彥祖們了。

完整代碼下載地址：SD卡升級stm32固件資源-CSDN下載