STM32 IAP 在线升级详解
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一、在进入主题之前我们先了解一些必要的基础知识----stm32系列芯片的种类和型号：
startup_stm32f10x_cl.s 互联型的器件，STM32F105xx，STM32F107xx
startup_stm32f10x_hd.s 大容量的STM32F101xx，STM32F102xx，STM32F103xx
startup_stm32f10x_hd_vl.s 大容量的STM32F100xx
startup_stm32f10x_ld.s 小容量的STM32F101xx，STM32F102xx，STM32F103xx
startup_stm32f10x_ld_vl.s 小容量的STM32F100xx
startup_stm32f10x_md.s 中容量的STM32F101xx，STM32F102xx，STM32F103xx
startup_stm32f10x_md_vl.s 中容量的STM32F100xx (我项目中用的是此款芯片 stm32f100CB)
startup_stm32f10x_xl.s FLASH在512K到1024K字节的STM32F101xx，STM32F102xx，STM32F103xx(例如：像stm32f103re 这个型号的 芯片flash是512k 的， 启动文件用startup_stm32f10x_xl.s 或者startup_stm32f10x_hd.s 都可以;)
cl：互联型产品，stm32f105/107系列
vl：超值型产品，stm32f100系列
xl：超高密度产品，stm32f101/103系列
ld：低密度产品，FLASH小于64K
md：中等密度产品，FLASH=64 or 128
hd：高密度产品，FLASH大于128
二、在拿到ST公司官方的IAP 程序后 我们要思考几点：
1.ST 官方IAP是什么针对什么芯片型号的，我们要用的又是什么芯片型号;
2.我们要用官方IAP适合我们芯片的程序升级使用，要在原有的基础上做那些改变;
(我的资源里有官方IAP源码：http://download.csdn.NET/detail/yx_l128125/6445811)
初略看了一下IAP源码后，现在我们可以回答一下上面的2个问题了：
1.官网刚下载的IAP针对的是stm32f103c8芯片的，所以他的启动代码文件选择的是 startup_stm32f10x_md.s，而我的芯片是stm32f100cb,所以我的启动代码文件选择的是 startup_stm32f10x_md_lv.s
2 .第二个问题就是今天我们要做详细分析才能回答的问题了;
(1).知道了IAP官方源码的芯片和我们要用芯片的差异，首先我们要在源码的基础上做芯片级的改动;
A.首先改变编译器keil的芯片型号上我们要改成我们的芯片类型---STM32F100CB;
B.在keil的options for targer 选项C/C++/PREPROMCESSOR symbols的Define栏里定义，把有关STM32F10X_MD的宏定义改成：STM32F10X_MD_VL
也可以在STM32F10X.H里用宏定义
/* Uncomment the line below according to the target STM32 device used in your
application
*/
#if !defined (STM32F10X_LD) && !defined (STM32F10X_LD_VL) && !defined (STM32F10X_MD) && !defined (STM32F10X_MD_VL) && !defined (STM32F10X_HD) && !defined (STM32F10X_HD_VL) && !defined (STM32F10X_XL) && !defined (STM32F10X_CL)
/* #define STM32F10X_LD */ /*!< STM32F10X_LD: STM32 Low density devices */
/* #define STM32F10X_LD_VL */ /*!< STM32F10X_LD_VL: STM32 Low density Value Line devices */
/* #define STM32F10X_MD */ /*!< STM32F10X_MD: STM32 Medium density devices */
#define STM32F10X_MD_VL /*!< STM32F10X_MD_VL: STM32 Medium density Value Line devices */
/* #define STM32F10X_HD */ /*!< STM32F10X_HD: STM32 High density devices */
/* #define STM32F10X_HD_VL */ /*!< STM32F10X_HD_VL: STM32 High density value line devices */
/* #define STM32F10X_XL */ /*!< STM32F10X_XL: STM32 XL-density devices */
/* #define STM32F10X_CL */ /*!< STM32F10X_CL: STM32 Connectivity line devices */
#endif
上面代码说的是如果没有定义 STM32F10X_MD_VL, 则宏定义 STM32F10X_MD_VL
C.外部时钟问价在stm32f10x.h 依据实际修改，原文是 说如果没有宏定义外部时钟HES_VALUE的值，但是宏定义了stm32f10x_cl 则外部时钟设置为25MHZ, 否则外部时钟都设置为8MHZ; 我用的外部晶振是8MHZ的所以不必修改这部分代码;
#if !defined HSE_VALUE
#ifdef STM32F10X_CL
#define HSE_VALUE ((uint32_t)25000000) // Value of the External oscillator in Hz
#else
#define HSE_VALUE ((uint32_t)8000000) //Value of the External oscillator in Hz #endif /* STM32F10X_CL */#endif /* HSE_VALUE */
D.做系统主频时钟的更改
system_stm32f10x.c的系统主频率，依实际情况修改 ;我用的芯片主频时钟是24MHZ;
#if defined (STM32F10X_LD_VL) || (defined STM32F10X_MD_VL) || (defined STM32F10X_HD_VL)
/* #define SYSCLK_FREQ_HSE HSE_VALUE */
#define SYSCLK_FREQ_24MHz 24000000
#else
/* #define SYSCLK_FREQ_HSE HSE_VALUE */
#define SYSCLK_FREQ_24MHz 24000000
/* #define SYSCLK_FREQ_36MHz 36000000 */
/* #define SYSCLK_FREQ_48MHz 48000000 */
/* #define SYSCLK_FREQ_56MHz 56000000 */
/*#define SYSCLK_FREQ_72MHz 72000000*/
#endif
E.下面是关键部分操作了，在说这部分操作前我们先来说一下内存映射： 下图在stm32f100芯片手册的29页，我们只截取关键部分
从上图我们看出几个关键部分：
1.内部flash 是从0x0800 0000开始 到0x0801 FFFF 结束， 0x0801FFFF-0x0800 0000= 0x20000 =128k 128也就是flash的大小;
2.SRAM的开始地址是 0x2000 0000 ;
我们要把我们的在线升级程序IAP放到FLASH里以0x0800 0000 开始的位置， 应用程序放APP放到以0x08003000开始的位置，中断向量表也放在0x0800 3000开始的位置;如图
所以我们需要先查看一下misc.h文件中的中断向量表的初始位置宏定义为 NVIC_VectTab_Flash 0x0800 0000
那么要就要设置编译器keil 中的 options for target 的target选项中的 IROM1地址 为0x0800 0000 大小为 0x20000即128K; IRAM1地址为0x2000 0000 大小为0x2000;
(提示：这一项IROM1 地址 即为当前程序下载到flash的地址的起始位置)
下面我们来分析一下修改后的IAP代码：
/*******************************************************************************
* @函数名称 main
* @函数说明 主函数
* @输入参数 无
* @输出参数 无
* @返回参数 无
*******************************************************************************/
int main(void)
{
//Flash 解锁
FLASH_Unlock();
//配置PA15管脚
KEY_Configuration() ;
//配置串口1
IAP_Init();
//PA15是否为低电平
if (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_15) == 0x00)
{
//执行IAP驱动程序更新Flash程序
SerialPutString("\r\n======================================================================");
SerialPutString("\r\n= (C) COPYRIGHT 2011 Lierda =");
SerialPutString("\r\n= =");
SerialPutString("\r\n= In-Application Programming Application (Version 1.0.0) =");
SerialPutString("\r\n= =");
SerialPutString("\r\n= By wuguoyan =");
SerialPutString("\r\n======================================================================");
SerialPutString("\r\n\r\n");
Main_Menu ();
}
//否则执行用户程序
else
{
//判断用处是否已经下载了用户程序，因为正常情况下此地址是栈地址
//若没有这一句话，即使没有下载程序也会进入而导致跑飞。
if (((*(__IO uint32_t*)ApplicationAddress) & 0x2FFE0000 ) == 0x20000000)
{
SerialPutString("Execute user Program\r\n\n");
//跳转至用户代码
JumpAddress = *(__IO uint32_t*) (ApplicationAddress + 4);
Jump_To_Application = (pFunction) JumpAddress;
//初始化用户程序的堆栈指针
__set_MSP(*(__IO uint32_t*) ApplicationAddress);
Jump_To_Application();
}
else
{
SerialPutString("no user Program\r\n\n");
}
}
这里重点说一下几句经典且非常重要的代码：
第一句： if (((*(__IO uint32_t*)ApplicationAddress) & 0x2FFE0000 ) == 0x20000000) //判断栈定地址值是否在0x2000 0000 - 0x 2000 2000之间
怎么理解呢? (1),在程序里#define ApplicationAddress 0x8003000 ，*(__IO uint32_t*)ApplicationAddress) 即取0x8003000开始到0x8003003 的4个字节的值, 因为我们的应用程序APP中设置把 中断向量表 放置在0x08003000 开始的位置;而中断向量表里第一个放的就是栈顶地址的值
也就是说，这句话即通过判断栈顶地址值是否正确(是否在0x2000 0000 - 0x 2000 2000之间) 来判断是否应用程序已经下载了，因为应用程序的启动文件刚开始就去初始化化栈空间，如果栈顶值对了，说应用程已经下载了启动文件的初始化也执行了;
第二句： JumpAddress = *(__IO uint32_t*) (ApplicationAddress + 4); [ common.c文件第18行定义了： pFunction Jump_To_Application;]
ApplicationAddress + 4 即为0x0800 3004 ,里面放的是中断向量表的第二项“复位地址” JumpAddress = *(__IO uint32_t*) (ApplicationAddress + 4); 之后此时JumpAddress
第三句： Jump_To_Application = (pFunction) JumpAddress;
startup_stm32f10x_md_lv. 文件中别名 typedef void (*pFunction)(void); 这个看上去有点奇怪;正常第一个整型变量 typedef int a; 就是给整型定义一个别名 a void (*pFunction)(void); 是声明一个函数指针，加上一个typedef 之后 pFunction只不过是类型 void (*)(void) 的一个别名;例如：
pFunction a1,a2,a3;
void fun(void)
{
......
}
a1 = fun;
所以，Jump_To_Application = (pFunction) JumpAddress; 此时Jump_To_Application指向了复位函数所在的地址;
第四 、五句： __set_MSP(*(__IO uint32_t*) ApplicationAddress); \\设置主函数栈指针
Jump_To_Application(); \\执行复位函数
我们看一下启动文件startup_stm32f10x_md_vl。s 中的启动代码，更容易理解
移植后的IAP代码在我的资源(如果是stm32f100cb的芯片可以直接用)：http://download.csdn.Net/detail/yx_l128125/6475219
三、我们来简单看下启动文件中的启动代码，分析一下这更有利于我们对IAP的理解：
解析 STM32 的启动过程
当前的嵌入式应用程序开发过程里，并且C语言成为了绝大部分场合的最佳选择。如此一来main函数似乎成为了理所当然的起点——因为C程序往往从main函数开始执行。但一个经常会被忽略的问题是：微控制器(单片机)上电后，是如何寻找到并执行main函数的呢?很显然微控制器无法从硬件上定位main函数的入口地址，因为使用C语言作为开发语言后，变量/函数的地址便由编译器在编译时自行分配，这样一来main函数的入口地址在微控制器的内部存储空间中不再是绝对不变的。相信读者都可以回答这个问题，答案也许大同小异，但肯定都有个关键词，叫“启动文件”，用英文单词来描述是“Bootloader”。
无论性能高下，结构简繁，价格贵贱，每一种微控制器(处理器)都必须有启动文件，启动文件的作用便是负责执行微控制器从“复位”到“开始执行main函数”中间这段时间(称为启动过程)所必须进行的工作。最为常见的51，AVR或MSP430等微控制器当然也有对应启动文件，但开发环境往往自动完整地提供了这个启动文件，不需要开发人员再行干预启动过程，只需要从main函数开始进行应用程序的设计即可。
话题转到STM32微控制器，无论是keil uvision4还是IAR EWARM开发环境，ST公司都提供了现成的直接可用的启动文件，程序开发人员可以直接引用启动文件后直接进行C应用程序的开发。这样能大大减小开发人员从其它微控制器平台跳转至STM32平台，也降低了适应STM32微控制器的难度(对于上一代ARM的当家花旦ARM9，启动文件往往是第一道难啃却又无法逾越的坎)。
相对于ARM上一代的主流ARM7/ARM9内核架构，新一代Cortex内核架构的启动方式有了比较大的变化。ARM7/ARM9内核的控制器在复位后，CPU会从存储空间的绝对地址0x000000取出第一条指令执行复位中断服务程序的方式启动，即固定了复位后的起始地址为0x000000(PC = 0x000000)同时中断向量表的位置并不是固定的。而Cortex-M3内核则正好相反，有3种情况:
1、 通过boot引脚设置可以将中断向量表定位于SRAM区，即起始地址为0x2000000，同时复位后PC指针位于0x2000000处;
2、 通过boot引脚设置可以将中断向量表定位于FLASH区，即起始地址为0x8000000，同时复位后PC指针位于0x8000000处;
3、 通过boot引脚设置可以将中断向量表定位于内置Bootloader区，本文不对这种情况做论述;
而Cortex-M3内核规定，起始地址必须存放堆顶指针，而第二个地址则必须存放复位中断入口向量地址，这样在Cortex-M3内核复位后，会自动从起始地址的下一个32位空间取出复位中断入口向量，跳转执行复位中断服务程序。对比ARM7/ARM9内核，Cortex-M3内核则是固定了中断向量表的位置而起始地址是可变化的。
有了上述准备只是后，下面以STM32的2.02固件库提供的启动文件“stm32f10x_vector.s”为模板，对STM32的启动过程做一个简要而全面的解析。
程序清单一：
如程序清单一，STM32的启动代码一共224行，使用了汇编语言编写，这其中的主要原因下文将会给出交代。现在从第一行开始分析：
第1行：定义是否使用外部SRAM，为1则使用，为0则表示不使用。此语行若用C语言表达则等价于：
#define DATA_IN_ExtSRAM 0
第2行：定义栈空间大小为0x00000400个字节，即1Kbyte。此语行亦等价于：
#define Stack_Size 0x00000400
第3行：伪指令AREA，表示
第4行：开辟一段大小为Stack_Size的内存空间作为栈。
第5行：标号__initial_sp，表示栈空间顶地址。
第6行：定义堆空间大小为0x00000400个字节，也为1Kbyte。
第7行：伪指令AREA，表示
第8行：标号__heap_base，表示堆空间起始地址。
第9行：开辟一段大小为Heap_Size的内存空间作为堆。
第10行：标号__heap_limit，表示堆空间结束地址。
第11行：告诉编译器使用THUMB指令集。
第12行：告诉编译器以8字节对齐。
第13—81行：IMPORT指令，指示后续符号是在外部文件定义的(类似C语言中的全局变量声明)，而下文可能会使用到这些符号。
第82行：定义只读数据段，实际上是在CODE区(假设STM32从FLASH启动，则此中断向量表起始地址即为0x8000000)
第83行：将标号__Vectors声明为全局标号，这样外部文件就可以使用这个标号。
第84行：标号__Vectors，表示中断向量表入口地址。
第85—160行：建立中断向量表。
第161行：
第162行：复位中断服务程序，PROC…ENDP结构表示程序的开始和结束。
第163行：声明复位中断向量Reset_Handler为全局属性，这样外部文件就可以调用此复位中断服务。
第164行：IF…ENDIF为预编译结构，判断是否使用外部SRAM，在第1行中已定义为“不使用”。
第165—201行：此部分代码的作用是设置FSMC总线以支持SRAM，因不使用外部SRAM因此此部分代码不会被编译。
第202行：声明__main标号。
第203—204行：跳转__main地址执行。
第207行：IF…ELSE…ENDIF结构，判断是否使用DEF:__MICROLIB(此处为不使用)。
第208—210行：若使用DEF:__MICROLIB，则将__initial_sp，__heap_base，__heap_limit亦即栈顶地址，堆始末地址赋予全局属性，使外部程序可以使用。
第212行：定义全局标号__use_two_region_memory。
第213行：声明全局标号__user_initial_stackheap，这样外程序也可调用此标号。
第214行：标号__user_initial_stackheap，表示用户堆栈初始化程序入口。
第215—218行：分别保存栈顶指针和栈大小，堆始地址和堆大小至R0，R1，R2，R3寄存器。
第224行：程序完毕。
以上便是STM32的启动代码的完整解析，接下来对几个小地方做解释：
1、 AREA指令：伪指令，用于定义代码段或数据段，后跟属性标号。其中比较重要的一个标号为“READONLY”或者“READWRITE”，其中“READONLY”表示该段为只读属性，联系到STM32的内部存储介质，可知具有只读属性的段保存于FLASH区，即0x8000000地址后。而“READONLY”表示该段为“可读写”属性，可知“可读写”段保存于SRAM区，即0x2000000地址后。由此可以从第3、7行代码知道，堆栈段位于SRAM空间。从第82行可知，中断向量表放置与FLASH区，而这也是整片启动代码中最先被放进FLASH区的数据。因此可以得到一条重要的信息：0x8000000地址存放的是栈顶地址__initial_sp，0x8000004地址存放的是复位中断向量Reset_Handler(STM32使用32位总线，因此存储空间为4字节对齐)。
2、 DCD指令：作用是开辟一段空间，其意义等价于C语言中的地址符“&”。因此从第84行开始建立的中断向量表则类似于使用C语言定义了一个指针数组，其每一个成员都是一个函数指针，分别指向各个中断服务函数。
3、 标号：前文多处使用了“标号”一词。标号主要用于表示一片内存空间的某个位置，等价于C语言中的“地址”概念。地址仅仅表示存储空间的一个位置，从C语言的角度来看，变量的地址，数组的地址或是函数的入口地址在本质上并无区别。
4、 第202行中的__main标号并不表示C程序中的main函数入口地址，因此第204行也并不是跳转至main函数开始执行C程序。__main标号表示C/C++标准实时库函数里的一个初始化子程序__main的入口地址。该程序的一个主要作用是初始化堆栈(对于程序清单一来说则是跳转__user_initial_stackheap标号进行初始化堆栈的)，并初始化映像文件，最后跳转C程序中的main函数。这就解释了为何所有的C程序必须有一个main函数作为程序的起点——因为这是由C/C++标准实时库所规定的——并且不能更改，因为C/C++标准实时库并不对外界开发源代码。因此，实际上在用户可见的前提下，程序在第204行后就跳转至.c文件中的main函数，开始执行C程序了。
至此可以总结一下STM32的启动文件和启动过程。首先对栈和堆的大小进行定义，并在代码区的起始处建立中断向量表，其第一个表项是栈顶地址，第二个表项是复位中断服务入口地址。然后在复位中断服务程序中跳转¬¬C/C++标准实时库的__main函数，完成用户堆栈等的初始化后，跳转.c文件中的main函数开始执行C程序。假设STM32被设置为从内部FLASH启动(这也是最常见的一种情况)，中断向量表起始地位为0x8000000，则栈顶地址存放于0x8000000处，而复位中断服务入口地址存放于0x8000004处。当STM32遇到复位信号后，则从0x80000004处取出复位中断服务入口地址，继而执行复位中断服务程序，然后跳转__main函数，最后进入mian函数，来到C的世界。
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