STM32 Bootloader 跳转到App

2022-07-12 11:17:46

1.什么是Bootloader

Bootloader是硬件启动的引导程序，是运行操作系统的前提。在操作系统内核或用户应用程序运行之前运行的一段小代码。对硬件进行相应的初始化和设定，最终为操作系统准备好环境。

2.Bootloader的特点

Bootloader不属于操作系统，一般采用汇编语言和C语言开发。需要针对特定的硬件平台编写。在移植过程时，首先为开发板移植Bootloader。Bootloader不但依赖于CPU的体系架构，而且依赖于嵌入式系统板级设备的配置。

3.STM32中bootloader的内存分配

stm32默认的是从0x08000000开始启动程序，所以bootloader也存在于这个地址，大小可以设置。如下图举例分配 48K的大小空间给Bootloader

内存分配	地址	大小
Bootloader	0x08000000 --- 0x0800c000	48K
Application	0x0800c000 --- 0x0802C000	128K
Free Space	0x0802C000 --- 0x08xxxxxx	---

还有一种分配方式：镜像的备份 Firmware ---> Application Bak ---> SysRest ----> Bootloader -----> Check if new Firmware -----> Move App Bak to App area

这种方式需要更大的存储空间，如果MCU内置FLASH 不够备份Firmware则需要外置Flash,将Firmware备份在外置FLASH。

内存分配	地址	大小
Bootloader	0x08000000 --- 0x0800c000	48K
Application	0x0800c000 --- 0x0802C000	128K
Application Bak	0x0802C000 --- 0x0804C000	128K
Free Space	0x0804C000 --- 0x08xxxxxx	---

根据实际MCU的Flash的大小和固件的大小来分配空间。一般可以把固件信息（app固件的StartAddr, EndAddr, FirmwareSize, CRC等)存放在Free Spae.

bootloader的作用一般是用作更新APP，和初始化后设定跳转到对应的APP。如果APP不加更新功能的话也可以直接将APP写入到0x08000000这个地址里。更新程序就是数据包的接收、校验、写入，全部写入完成后检查APP的启动向量为合格就可以跳转到APP里。

4. Bootloader的跳转简单实现

4.1 Bootloader

我基于STM32Cube配置的外设，IDE用的STM32SW4，STM32F103RCT6。

在实现IAP功能先，先实现跳转。这里先不涉及固件更新。

/*FLASH : 0x8000000 --- 0x8040000   Total Size: 256K
*RAM  : 0x20000000 --- 0x2000C000   Total Size: 48K
*Bootloader: 0x8000000 --- 0x8008000   Total Size: 32K

  1 /* Includes ------------------------------------------------------------------*/
  2 #include "main.h"
  3 #include "stm32f1xx_hal.h"
  4 #include "usart.h"
  5 #include "gpio.h"
  6 
  7 /* USER CODE BEGIN Includes */
  8 #include "stdio.h"
  9 /* USER CODE END Includes */
 10 
 11 /* USER CODE BEGIN PFP */
 12 /* Private function prototypes -----------------------------------------------*/
 13 pFunction jump2app;
 14 void (*jump2app)();
 15 /* USER CODE END PFP */
 16 
 17 
 18 
 19 /* USER CODE BEGIN 0 */
 20 #ifdef __GNUC__
 21     #define PUTCHAR_PROTOTYPE int __io_putchar(int ch)
 22 #else
 23     #define PUTCHAR_PROTOTYPE int fputc(int ch, FILE *f)
 24 #endif
 25 
 26 /*retargets the C library printf function to the USART*/
 27 PUTCHAR_PROTOTYPE
 28 {
 29     HAL_UART_Transmit(&huart1,(uint8_t*)&ch, 1, 0xFFFF);
 30     return ch;
 31 }
 32 
 33 //FLASH            : 0x8000000  --- 0x8040000       Total Size: 256K
 34 //RAM           : 0x20000000 --- 0x2000C000       Total Size: 48K
 35 //Bootloader     : 0x8000000 --- 0x8008000     Total Size: 32K 
 36  
 37 #define ApplicationAddress    0x8008000
 38 
 39 
 40 void iap_load_app(uint32_t appAddr)
 41 {
 42     printf("first word : 0x%x\n",(*(uint32_t*)appAddr));
 43     if (((*(__IO uint32_t*)ApplicationAddress) & 0x2FFE0000 ) == 0x20000000)
 44     {
 45         printf("IAP load APP!!!\n");
 46 
 47         __disable_irq();
 48 
 49         jump2app = (void (*)())*(__IO uint32_t*) (appAddr + 4);
 50 
 51         __set_MSP(*(__IO uint32_t*) appAddr);
 52 
 53         jump2app();
 54     }
 55 }
 56 /* USER CODE END 0 */
 57 
 58 /**
 59   * @brief  The application entry point.
 60   *
 61   * @retval None
 62   */
 63 int main(void)
 64 {
 65   /* USER CODE BEGIN 1 */
 66 
 67   /* USER CODE END 1 */
 68 
 69   /* MCU Configuration----------------------------------------------------------*/
 70 
 71   /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
 72   HAL_Init();
 73 
 74   /* USER CODE BEGIN Init */
 75 
 76   /* USER CODE END Init */
 77 
 78   /* Configure the system clock */
 79   SystemClock_Config();
 80 
 81   /* USER CODE BEGIN SysInit */
 82 
 83   /* USER CODE END SysInit */
 84 
 85   /* Initialize all configured peripherals */
 86   MX_GPIO_Init();
 87   MX_USART1_UART_Init();
 88   /* USER CODE BEGIN 2 */
 89 
 90   /* USER CODE END 2 */
 91 
 92   /* Infinite loop */
 93   /* USER CODE BEGIN WHILE */
 94   while (1)
 95   {
 96       printf("I am bootloader,jump to app after 5 seconds!\n");
 97 
 98       HAL_Delay(1000);
 99 
100       printf("1\r\n");
101 
102       HAL_Delay(1000);
103 
104       printf("2\r\n");
105 
106       HAL_Delay(1000);
107 
108       printf("3\r\n");
109 
110       HAL_Delay(1000);
111 
112       printf("4\r\n");
113 
114       HAL_Delay(1000);
115 
116       printf("ready to jump!\n");
117 
118       iap_load_app(ApplicationAddress);
119   /* USER CODE END WHILE */
120 
121   /* USER CODE BEGIN 3 */
122 
123   }
124   /* USER CODE END 3 */
125 
126 }

修改ld文件 STM32F103RCTx_Flash.ld

编译烧录。首先将STM32F103RCT6的FLASH全部擦除如下图，然后用STM32SW4烧录Bootloader

调试Bootloader如下图

4.2 Application

APP主要是修改ld文件，Bootloader分配了 32Kb, 剩余224K的先全分配给App, 实现简单跳转。

 1 int main(void)
 2 {
 3     //NVIC_SetVectorTable(NVIC_VectTab_FLASH,0x2000);
 4   /* USER CODE BEGIN 1 */
 5     SCB->VTOR = ((uint32_t)0x8000000) | (0x8000 & (uint32_t)0x1FFFFF80);
 6   /* USER CODE END 1 */
 7 
 8   /* MCU Configuration----------------------------------------------------------*/
 9 
10   /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
11   HAL_Init();
12 
13   /* USER CODE BEGIN Init */
14 
15   /* USER CODE END Init */
16 
17   /* Configure the system clock */
18   SystemClock_Config();
19 
20   /* USER CODE BEGIN SysInit */
21 
22   /* USER CODE END SysInit */
23 
24   /* Initialize all configured peripherals */
25   MX_GPIO_Init();
26   MX_USART1_UART_Init();
27   /* USER CODE BEGIN 2 */
28   __enable_irq();
29   /* USER CODE END 2 */
30 
31   /* Infinite loop */
32   /* USER CODE BEGIN WHILE */
33   while (1)
34   {
35      printf("I am new APP !\n\r");
36 
37      HAL_Delay(1000);
38   /* USER CODE END WHILE */
39 
40   /* USER CODE BEGIN 3 */
41 
42   }
43   /* USER CODE END 3 */
44 
45 }

再将APP烧录，Rest

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