STM32F1 0x在應(yīng)用中編程的實(shí)現(xiàn)方法
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Cortex-M3是首款基于ARMv7-M體系結(jié)構(gòu)的32位標(biāo)準(zhǔn)處理器，RISC結(jié)構(gòu)，包含高效靈活的Thumb-2指令集，擁有杰出的低功耗特性，為微控制器系統(tǒng)、汽車車身控制系統(tǒng)、工業(yè)控制系統(tǒng)和無線網(wǎng)絡(luò)等嵌入式應(yīng)用量身設(shè)計(jì)。ST公司推出基于Cortex-M3內(nèi)核的STM32系列處理器，憑借其出眾的性能、創(chuàng)新的外設(shè)、優(yōu)越的功耗控制，得到眾多工程師的青睞。
針對(duì)嵌入式應(yīng)用的特點(diǎn)，STM32處理器提供功能強(qiáng)大的硬件調(diào)試接口――JTAG接口和串行接口，極大方便了設(shè)計(jì)，縮短了產(chǎn)品的開發(fā)周期。不僅如此，STM32處理器內(nèi)嵌的閃存存儲(chǔ)器允許在電路編程(In-Circuit Pro-gramming，ICP)和在應(yīng)用中編程(In-Application Program-ming，IAP)。利用在應(yīng)用中編程，僅需通過一根串口線，就可以完成產(chǎn)品固件的更新。本文對(duì)STM32處理器的在應(yīng)用中編程進(jìn)行了詳細(xì)的分析，結(jié)合硬件和驅(qū)動(dòng)給出了IAP的具體實(shí)現(xiàn)方法，稍加修改，便可應(yīng)用于STM32處理器的所有系列產(chǎn)品。
1 STM32F10x處理器
1．1 STM32處理器特點(diǎn)
STM32全系列處理器具有腳對(duì)腳、外設(shè)及軟件的高度兼容性。這給應(yīng)用帶來很好的靈活性，易于將應(yīng)用升級(jí)到不同存儲(chǔ)空間或不同封裝的平臺(tái)。STM32處理器的產(chǎn)品全系列兼容，使得項(xiàng)目之間的代碼重用和移植很方便。
1．2 STM32處理器內(nèi)存映射
Cortex-M3的存儲(chǔ)系統(tǒng)采用統(tǒng)一編址的方式，程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、寄存器被組織在4 GB的線性地址空間內(nèi)，以小端格式(little-endian)存放。內(nèi)存映射如圖1所示。
在代碼區(qū)，0x00000000地址為啟動(dòng)區(qū)。上電以后，CPU從這個(gè)地址開始執(zhí)行代碼0x08000000為用戶Flash的起始地址，0x1FFFF000為系統(tǒng)存儲(chǔ)器(system memory)的起始地址。對(duì)于STM32處理器，可以通過配置BOOT0和BOOT1兩個(gè)引腳來選擇不同的啟動(dòng)模式，如表1所列。CPU在時(shí)鐘信號(hào)的第4個(gè)上升沿鎖存BOOT引腳的值，根據(jù)兩個(gè)引腳的值將對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)器物理地址映射到啟動(dòng)區(qū)。
系統(tǒng)存儲(chǔ)器也稱為“大信息塊”，有2 KB的容量。所有上市的STM32處理器，在出廠前已經(jīng)燒寫進(jìn)去自舉模式下的啟動(dòng)程序(Bootloader)，并且將之鎖定防止用戶擦寫。通過配置BOOT0和BOOT1選擇系統(tǒng)存儲(chǔ)器啟動(dòng)，相應(yīng)的啟動(dòng)程序在復(fù)位后得以執(zhí)行，配合PC端的通信軟件，通過USART1口允許用戶將程序燒寫到用戶Flash區(qū)。之后，將BOOT0和B00T1重新配置為用戶Flash存儲(chǔ)器啟動(dòng)，進(jìn)入正常的應(yīng)用程序。
上述的自舉模式類似于ISP編程，相比其他燒寫方式方便許多，但真正方便靈活的是在應(yīng)用中編程(IAP)，只需一根串口線就可以載入程序，復(fù)位后立即執(zhí)行新的應(yīng)用程序。
2 IAP功能原理
在應(yīng)用中編程(IAP)使得用戶可以在程序運(yùn)行時(shí)重新對(duì)Flash進(jìn)行編程。簡(jiǎn)單地說，IAP的編程工作是：下載編譯好的二進(jìn)制文件數(shù)據(jù)到RAM；將數(shù)據(jù)重新編程到特定的Flash區(qū)。這兩個(gè)工作是由IAP驅(qū)動(dòng)程序完成的。使用IAP功能后，系統(tǒng)的固件由2部分組成：第1部分是IAP驅(qū)動(dòng)，不執(zhí)行通常的功能，而是通過微控制器支持的任一種通信管道(如USB、USART、SPI等，本文使用USART)接收數(shù)據(jù)，并執(zhí)行對(duì)第2部分代碼的更新；第2部分是真正的應(yīng)用程序代碼，實(shí)現(xiàn)具體的功能。這兩部分代碼共同燒寫在Flash中。要注意的是，這兩部分代碼不能重疊，否則無法實(shí)現(xiàn)IAP功能。
系統(tǒng)上電以后，IAP驅(qū)動(dòng)首先運(yùn)行，它主要執(zhí)行如下的操作：
①根據(jù)硬件信號(hào)或軟件條件判斷是否需要對(duì)第2部分代碼進(jìn)行更新；
②如果不需要更新，則跳轉(zhuǎn)到④；
③執(zhí)行更新操作；
④跳轉(zhuǎn)到第2部分代碼執(zhí)行。
STM3210x處理器IAP驅(qū)動(dòng)的流程如圖2所示。圖中顯示IAP主界面是利用超級(jí)終端實(shí)現(xiàn)的，傳輸協(xié)議用的是Ymodem協(xié)議。需要注意的是，由于IAP驅(qū)動(dòng)占用了用戶Flash區(qū)的一段起始空間，因此Flash的可編程最大空間要把這部分除去。
3 IAP功能實(shí)現(xiàn)
3．1 硬件電路
采用STM32F10x型處理器作為核心。該處理器可全速工作在72 MHz，擁有3個(gè)USART接口，內(nèi)嵌128 KB Flash和20 KB SRAM。Flash是以頁(yè)的形式組織的，擦除1頁(yè)的時(shí)間約為20～40 ms；在整個(gè)工作范圍內(nèi)其擦除次數(shù)可達(dá)10 000次，經(jīng)10 000次擦除后，在+55℃的保存環(huán)境中數(shù)據(jù)保存期限仍可達(dá)20年。用戶完全不必?fù)?dān)心使用了IAP功能后對(duì)產(chǎn)品造成不良影響。
IAP驅(qū)動(dòng)使用USART1口作為通信管道，PB口的第9引腳作為IAP判斷是否進(jìn)入IAP功能的信號(hào)線。引出一個(gè)按鍵，作為IAP功能選擇按鍵，只要在上電或復(fù)位時(shí)按住此鍵就會(huì)進(jìn)入IAP功能主界面，否則直接執(zhí)行正常應(yīng)用程序。BOOT0和BOOT1是啟動(dòng)配置跳線。相應(yīng)的硬件電路分別如圖3、圖4和圖5所示。
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評(píng)論