STM32通过USB实现Bootlader/IAP功能

前沿：
最近在做STM32的USB Bootlader/IAP功能，也就是通过USB实现固件升级，本文介绍下实现的基本思路，希望对实现IAP的同学一个参考，改方法已经在产品中得到实际应用并验证是比较合理，稳定可靠的。

程序空间划分：
在单片机的程序Flash中分两个区，分别存储Bootloader代码和App代码，Bootloader放到代码起始地址，也就是0x08000000，App放到0x8020000地址，中间预留了很多的地址空间，主要是为了用来存储一些需要掉电保存的数据，比如我在0x0800C000地址就存放了App程序运行后写入该地址的标志数据。

启动流程：
上电后自然是运行Bootloader程序，Bootloader运行后，做的第一件事情如下所示

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if ((*((uint32_t *)EXE_FLAG_ADDR))==0x12345678){    JumpToApplication(APP_START_ADDR); }

也就是判断App运行标志是否有效，这个标志是存放到EXE_FLAG_ADDR地址的，若有效就直接跳转到App程序运行，这个时间很短，所以用户看不到有Bootloader执行的效果，感觉就是直接运行的App程序，进入App程序后，App程序第一件事情如下

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if ((*((uint32_t *)EXE_FLAG_ADDR))==0xFFFFFFFF){    uint32_t ExeFlag = 0x12345678;    __set_PRIMASK(1); //禁止全局中断    FLASH_Unlock();    ProgramDatatoFlash(EXE_FLAG_ADDR,(uint8_t*)(&ExeFlag),4);    FLASH_Lock(); }

也就是判断App标志是否有效，若有效则直接执行后面的程序，若无效则需要在EXE_FLAG_ADDR地址写入执行标志。
Bootloader程序判断App标志若无效，那么Bootloader就不会直接跳转到App，因为这个时候是需要进行升级App的操作，所以程序就进入Bootloader的正常工作流程，也就是等待升级App的各种命令，比如擦出固件，烧写固件，校验固件等。当固件成功写入并校验通过之后，PC端就可以发送一个程序跳转命令跳转到App执行。

PC端操作流程：
PC端和单片机是通过USB进行数据交换的，当然用其他方式也可以，基本流程都是差不多的。
PC程序首先当然是扫描设备，打开设备，然后调用获取固件信息的函数，调用该函数后可以得知当前固件的名称，版本号，固件类型（Bootloader还是App），若发现当前固件不是Bootloader，那么就得通过USB给固件发送一个程序跳转命令，也就是跳转到Bootloader代码执行，当然App在跳转到Bootloader的时候必须把EXE_FLAG_ADDR地址的标志数据擦出掉，这样Bootloader才能进入正常的升级流程。
控制固件程序进入Bootloader之后，PC端程序将打开App固件程序文件，然后根据文件大小，发送擦出App代码存储区域Flash的数据，然后再分包将固件发送给单片机，单片机端Bootlader程序接收到数据后将数据写入App的Flash区域，数据写完之后再进行校验，我是通过计算CRC16的方式进行校验的，校验通过之后就可以发送跳转命令控制程序跳转到App运行了，到此升级流程完毕。

PC端程序代码：

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// USB2XXXTest.cpp : Defines the entry point for the console application. // #include "stdafx.h" #include <stdlib.h> #include "../../USB2XXX/source/bootloader.h"   int _tmain( int argc, _TCHAR* argv[]) {          int PackSize = 1024*10;          int TimeOut = 0;          int ApplicationAddress = 0x08020000;          int BootAddress = 0x08000000;          FW_INFO FwInfo;          bool state;          int ret;          //扫描查找设备          ret = BT_ScanDevice( true );          if (ret <= 0){                  printf ( "No device connected!\n" );                  return 0;          }          //打开设备          state = BT_OpenDevice(0);          if (!state){                  printf ( "Open device error!\n" );                  return 0;          }          //获取固件信息          BT_GetFirmwareInfo(0,&FwInfo);          printf ( "Firmware Name:%s\n" ,FwInfo.FirmwareName);          printf ( "Firmware Functions:%08X\n" ,FwInfo.Functions);          //判断当前固件是否为Bootloader固件          while (!(FwInfo.Functions&FUNCTION_BOOTLOADER)){                  //控制程序跳转到Bootloader                  state = BT_ExcuteFirmware(0,BootAddress);                  printf ( "BT_ExcuteFirmware state = %d\n" ,state);                  BT_CloseDevice(0);                            do {                          Sleep(100);                          ret = BT_ScanDevice( true ); //扫描查找设备                          if ((ret <= 0)&&(TimeOut > 50)){                                  printf ( "No device connected!\n" );                                  return 0;                          } else if (ret > 0){                                  break ;                          }                          TimeOut++;                  } while (ret<=0);                    TimeOut = 0;                  do {                          Sleep(100);                          state = BT_OpenDevice(0); //打开设备                          if ((!state)&&(TimeOut > 50)){                                  printf ( "Open device error!\n" );                                  return 0;                          } else if (state){                                  break ;                          }                          TimeOut++;                  } while (!state);                    //获取固件信息                  BT_GetFirmwareInfo(0,&FwInfo);                  printf ( "Firmware Name:%s\n" ,FwInfo.FirmwareName);                  printf ( "Firmware Functions:%08X\n" ,FwInfo.Functions);          }          //打开固件文件          FILE *pFile= fopen ( "Project.bin" , "rb" ); //获取文件的指针          fseek (pFile,0,SEEK_END); //把指针移动到文件的结尾 ，获取文件长度          int FileLen= ftell (pFile); //获取文件长度          static char *pBuf = ( char *) malloc (FileLen);  //定义文件指针          if (pBuf == NULL){                  printf ( "malloc error\n" );                  return 0;          }          rewind (pFile); //把指针移动到文件开头 因为我们一开始把指针移动到结尾，如果不移动回来 会出错          fread (pBuf,1,FileLen,pFile); //读文件          fclose (pFile); // 关闭文件          //擦除之前的固件          state = BT_EraseSectors(0,ApplicationAddress,ApplicationAddress+FileLen);          if (!state){                  printf ( "BT_EraseSectors error!\n" );                  return 0;          } else {                  printf ( "BT_EraseSectors success\n" );          }          //循环写入固件数据到芯片Flash          int PackIndex = 0;          for (PackIndex=0;PackIndex<FileLen/PackSize;PackIndex++){                  state = BT_WriteData(0,ApplicationAddress+PackIndex*PackSize,(unsigned char *)(&pBuf[PackIndex*PackSize]),PackSize,0);                  if (!state){                          printf ( "BT_WriteData Error\n" );                          return 0;                  }          }          if (FileLen%PackSize){                  state = BT_WriteData(0,ApplicationAddress+PackIndex*PackSize,(unsigned char *)(&pBuf[PackIndex*PackSize]),FileLen%PackSize,0);                  if (!state){                          printf ( "BT_WriteData Error\n" );                          return 0;                  }          }          printf ( "BT_WriteData Success\n" );          //循环校验数据是否写成功          for (PackIndex=0;PackIndex<FileLen/PackSize;PackIndex++){                  state = BT_VerifyData(0,ApplicationAddress+PackIndex*PackSize,(unsigned char *)(&pBuf[PackIndex*PackSize]),PackSize);                  if (!state){                          printf ( "BT_VerifyData Error\n" );                          return 0;                  }          }          if (FileLen%PackSize){                  state = BT_VerifyData(0,ApplicationAddress+PackIndex*PackSize,(unsigned char *)(&pBuf[PackIndex*PackSize]),FileLen%PackSize);                  if (!state){                          printf ( "BT_VerifyData Error\n" );                          return 0;                  }          }          printf ( "BT_VerifyData Success\n" );          //执行固件          state = BT_ExcuteFirmware(0,ApplicationAddress);          printf ( "BT_ExcuteFirmware state = %d\n" ,state);          //关闭设备          BT_CloseDevice(0);          return 0; }

PC端程序运行效果如下所示：
 

后记：
我是用STM32F4+USB3300高速USB实现IAP功能的，12K的App代码几乎瞬间下载完毕，整个程序测试了很多次，没一次出问题...