基于IAP的STM32程序更新技術(shù)

引言

嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)最終需要將編譯好的代碼下載到具體的微控制器芯片上，而不同廠家的微控制器芯片有不同的下載方式。隨著技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用需求的更新，用戶程序加載趨向于在線編程的方式，越來越多的芯片公司提供和開放了用戶更新程序的接口與方式，以提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性和可維護(hù)性。ST公司基于CortexM3內(nèi)核的STM32系列產(chǎn)品得到了廣泛應(yīng)用，在許多基于STM32系列產(chǎn)品的開發(fā)過程中不可避免要進(jìn)行用戶程序的加載。本文在介紹IAP技術(shù)原理基礎(chǔ)上，詳細(xì)論述使用該技術(shù)在STM32F103ZE芯片上實(shí)現(xiàn)用戶在線更新功能的方法，并具體分析其中可能發(fā)生異常的原因。

1　背景綜述

1.1　主要程序更新方式

目前，除了直接通過仿真器或燒錄器進(jìn)行程序更新方式外，主要有Bootloader技術(shù)、ISP技術(shù)以及IAP技術(shù)3種更新程序的方法。

(1) Bootloader技術(shù)

引導(dǎo)加載程序，是指系統(tǒng)加電時(shí),控制器將一段存儲(chǔ)在外部非易失性存儲(chǔ)器中的代碼載入到內(nèi)部高速存儲(chǔ)器單元(如片內(nèi)RAM)中執(zhí)行的過程。

(2) ISP(In System Programming)技術(shù)

MCU內(nèi)部自帶Bootloader，通過指定的方式激活，通過通信接口下載或擦除用戶代碼。需要有外部介入，靜態(tài)的，在用戶代碼沒有運(yùn)行時(shí)進(jìn)行下載。

(3) IAP(In Application Programing)技術(shù)

單片機(jī)內(nèi)部具有一些可擦寫的非易失存儲(chǔ)器，如Flash。在微控制器獨(dú)立運(yùn)行時(shí)，用戶利用自己編寫的燒寫程序通過通信下載或擦除自己的代碼。注意不具備IAP功能的單片機(jī)并不能對(duì)Flash的數(shù)據(jù)進(jìn)行修改。無需外部介入，動(dòng)態(tài)的，在用戶代碼運(yùn)行時(shí)進(jìn)行下載。

1.2　STM32系列簡(jiǎn)介

STM32系列微控制器基于CortexM3內(nèi)核，并在其架構(gòu)上進(jìn)行了多項(xiàng)改進(jìn),包括在提升性能的同時(shí)提高了代碼密度的Thumb2指令集，以及大幅度提高中斷響應(yīng)的緊耦合嵌套向量中斷控制器，從而大大提高了處理速度，降低了系統(tǒng)功耗。使用新內(nèi)核的Thumb2指令集,設(shè)計(jì)人員可以把代碼容量降低45%,幾乎把應(yīng)用軟件所需內(nèi)存容量降低了一半。此外，STM32提供豐富的外圍接口，目前廣泛應(yīng)用到工業(yè)用及家用安全設(shè)備、消防和暖氣通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)等，以及家電、消費(fèi)電子、低功耗的可便攜式設(shè)備等。本文以STM32F103ZE為例來研究及使用IAP技術(shù)。

2　IAP技術(shù)

2.1　IAP技術(shù)原理

首先人為設(shè)定單片機(jī)內(nèi)部存儲(chǔ)區(qū)分為兩塊：其中一塊稱為Boot區(qū)，用于存儲(chǔ)IAP功能程序代碼;另外一塊稱為常態(tài)存儲(chǔ)區(qū)，用于存儲(chǔ)除IAP功能外的所有程序代碼。IAP技術(shù)指的是, MCU在運(yùn)行的狀態(tài)下，通過程序(PC)指針不斷讀取需要執(zhí)行的程序指令。正常情況下，PC指針只在常態(tài)存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)移動(dòng)，并讀取指令，如圖1所示。當(dāng)用戶需要更新或升級(jí)程序時(shí)，程序指令會(huì)將PC指針跳轉(zhuǎn)至Boot區(qū)。這段存儲(chǔ)區(qū)的指令代碼的功能是，通過通信等方式接收用戶需要更新的程序數(shù)據(jù)，并通過校驗(yàn)確認(rèn)接收到的程序數(shù)據(jù)正確后，根據(jù)約定的方式寫入常態(tài)存儲(chǔ)區(qū)，如圖2所示。當(dāng)完成用戶程序更新后，PC指針再跳回到常態(tài)存儲(chǔ)區(qū)，開始執(zhí)行存儲(chǔ)在其上的用戶程序，這樣便實(shí)現(xiàn)了IAP功能。

圖1　通過PC指針讀取程序指令 圖2　更新存儲(chǔ)區(qū)代碼