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如何在STM32F10x处理器平台中实现IAP功能?

132 STM32F10x 处理器
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Cortex-M3是首款基于ARMv7-M体系结构的32位标准处理器,RISC结构,包含高效灵活的Thumb-2指令集,拥有杰出的低功耗特性,为微控制器系统、汽车车身控制系统、工业控制系统和无线网络等嵌入式应用量身设计。ST公司推出基于Cortex-M3内核的STM32系列处理器,凭借其出众的性能、创新的外设、优越的功耗控制,得到众多工程师的青睐。
针对嵌入式应用的特点,STM32处理器提供功能强大的硬件调试接口——JTAG接口串行接口,极大方便了设计,缩短了产品的开发周期。不仅如此,STM32处理器内嵌的闪存存储器允许在电路编程(In-Circuit Pro-gramming,ICP)和在应用中编程(In-Application Program-ming,IAP)。利用在应用中编程,仅需通过一根串口线,就可以完成产品固件的更新。本文对STM32处理器的在应用中编程进行了详细的分析,结合硬件和驱动给出了IAP的具体实现方法,稍加修改,便可应用于STM32处理器的所有系列产品。

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2020-11-24 06:42:43   评论 分享淘帖 邀请回答
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  STM32F10x处理器
  1.1 STM32处理器特点
  STM32全系列处理器具有脚对脚、外设及软件的高度兼容性。这给应用带来很好的灵活性,易于将应用升级到不同存储空间或不同封装的平台。STM32处理器的产品全系列兼容,使得项目之间的代码重用和移植很方便。
  1.2 STM32处理器内存映射
  Cortex-M3的存储系统采用统一编址的方式,程序存储器、数据存储器、寄存器被组织在4 GB的线性地址空间内,以小端格式(little-endian)存放。内存映射如图1所示。
  
  在代码区,0x00000000地址为启动区。上电以后,CPU从这个地址开始执行代码0x08000000为用户Flash的起始地址,0x1FFFF000为系统存储器(system memory)的起始地址。对于STM32处理器,可以通过配置BOOT0和BOOT1两个引脚来选择不同的启动模式,如表1所列。CPU在时钟信号的第4个上升沿锁存BOOT引脚的值,根据两个引脚的值将对应的存储器物理地址映射到启动区。
  
  系统存储器也称为“大信息块”,有2 KB的容量。所有上市的STM32处理器,在出厂前已经烧写进去自举模式下的启动程序(Bootloader),并且将之锁定防止用户擦写。通过配置BOOT0和BOOT1选择系统存储器启动,相应的启动程序在复位后得以执行,配合PC端的通信软件,通过USART1口允许用户将程序烧写到用户Flash区。之后,将BOOT0和B00T1重新配置为用户Flash存储器启动,进入正常的应用程序。
  上述的自举模式类似于ISP编程,相比其他烧写方式方便许多,但真正方便灵活的是在应用中编程(IAP),只需一根串口线就可以载入程序,复位后立即执行新的应用程序。
2020-11-24 14:43:31 评论

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  IAP功能原理
  在应用中编程(IAP)使得用户可以在程序运行时重新对Flash进行编程。简单地说,IAP的编程工作是:下载编译好的二进制文件数据到RAM;将数据重新编程到特定的Flash区。这两个工作是由IAP驱动程序完成的。使用IAP功能后,系统的固件由2部分组成:第1部分是IAP驱动,不执行通常的功能,而是通过微控制器支持的任一种通信管道(如USB、USART、SPI等,本文使用USART)接收数据,并执行对第2部分代码的更新;第2部分是真正的应用程序代码,实现具体的功能。这两部分代码共同烧写在Flash中。要注意的是,这两部分代码不能重叠,否则无法实现IAP功能。
  系统上电以后,IAP驱动首先运行,它主要执行如下的操作:
  ①根据硬件信号或软件条件判断是否需要对第2部分代码进行更新;
  ②如果不需要更新,则跳转到④;
  ③执行更新操作;
  ④跳转到第2部分代码执行。
  STM3210x处理器IAP驱动的流程如图2所示。图中显示IAP主界面是利用超级终端实现的,传输协议用的是Ymodem协议。需要注意的是,由于IAP驱动占用了用户Flash区的一段起始空间,因此Flash的可编程最大空间要把这部分除去。
  
2020-11-24 14:43:43 评论

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  IAP功能实现
  3.1 硬件电路
  采用STM32F10x型处理器作为核心。该处理器可全速工作在72 MHz,拥有3个USART接口,内嵌128 KB Flash和20 KB SRAM。Flash是以页的形式组织的,擦除1页的时间约为20~40 ms;在整个工作范围内其擦除次数可达10 000次,经10 000次擦除后,在+55℃的保存环境中数据保存期限仍可达20年。用户完全不必担心使用了IAP功能后对产品造成不良影响。
  IAP驱动使用USART1口作为通信管道,PB口的第9引脚作为IAP判断是否进入IAP功能的信号线。引出一个按键,作为IAP功能选择按键,只要在上电或复位时按住此键就会进入IAP功能主界面,否则直接执行正常应用程序。BOOT0和BOOT1是启动配置跳线。相应的硬件电路分别如图3、图4和图5所示。
  
  
  
  3.2 IAP驱动
  IAP驱动主要包含如下源文件。
  main.c:完成Flash解锁、按键端口初始化、按键判断、USART1的初始化以及处理器的始终初始化,另外还初始化指针和跳转到应用程序处语句。然后从common.c执行主菜单。
  common.c:显示主菜单。主菜单上显示一系列操作,如加载二进制文件、执行应用程序以及禁止写保护(如果事先Flash被写保护)。
  download.c:等待用户选择传送文件操作,或者放弃操作以及一些提示信息,但真正实现传送的是ymodem.c源文件。
  ymodem.c:负责从超级终端接收数据(使用Ymodem协议),并将数据加载到内部RAM中。如果接收数据正常,则将数据编程到Flash中;如果发生错误,则提示出错。
  3.3 软件实现
  要实现IAP功能,还需做一些准备工作:
  ①要准备BIN类型的代码文件。开发环境使用的是Keil,默认情况下Keil生成HEX类型的编译文件。利用Keil自带的fromelf.exe工具,就可以生成二进制文件。
  ②对超级终端进行设置。IAP驱动中对USART1的设置为:波特率为115 200 kb/s,8位数据位,1位停止位,无校验位和硬件控制。超级终端也必须保持相同设置。
  IAP驱动和应用程序代码需要分配在Flash的合适位置。图6是2部分代码在Flash中的存储情况。由于IAP驱动代码占用8 KB的空间,故而将Flash最初的8 KB划出来,应用程序是从0x08020000地址处开始存放的。这是通过在common.h头文件中语句定义的:
  #define ApplicationAddress 0x08020000
  也可以定义在其他0x08020000地址后的任何位置,只要保证应用程序大小不超过所用处理器Flash的容量。在platform_config.h头文件中有定义Flash的语句:
  #define PAGE_SIZE(0x400) //Flash页大小为1 KB
  #define FLASH_SIZE(0x20000)//Flash容量为128 KB
  STM32F10x处理器有2种Flash页的大小:1 KB和2 KB。通过以上语句即可定义页大小。
  在platform_config.h头文件中还定义了进入IAP功能选择按键映射引脚:
  
  IAP驱动在Keil中编译、链接后,利用ARM公司的RealView ULINK2仿真器将生成的HEX文件烧写到Flash中。此时Keil自带的Flash烧写工具要设置Flash的起始地址为0x08000000。在应用程序中,定义向量表的函数NVIC_SetVectorTabl(NVIC_VectTab_FLASH,0x2000)中的第2个参数,即Flash的偏移量一定要设置成0x2000或更大的数值。同时,Flash烧写工具也要做相对应的设置。将系统的串口与PC机串口相连,打开已经设置好参数的超级终端。将BOOT0跳线为0,BOOT1为0或1都可以。按住IAP功能选择按键,给系统上电。此时,在超级终端就会显示IAP功能主界面,如图7所示。
  
  
  在键盘上按1选择待载入二进制文件,界面上会出现提示语。在“传送”菜单中选择传送文件后,只需几秒钟可以将6 KB左右的文件烧写到Flash。下载完后,在键盘上按2或复位就可以直接执行应用程序了,如图8所示。虽然IAP功能使用的是USART1口,但进入应用程序后就可以正常使用USART1口。随时可以通过复位后按住IAP功能选择键来进行IAP方式烧写应用程序。
  
2020-11-24 14:44:04 评论

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