使用QBoot组件制作极简版Bootloader

1 写在开始之前
今天接到一个新项目，当拿到板子和原理图，我傻了！
嗯？？？ 调试串口呢？？？ 运行指示灯呢？？？
什么！！！ 怎么没有debug串口！！！ 怎么连运行指示灯都没有啊！！！
悲催啊！！！ 这让我怎么调试啊！！！
板子设计已然这样了，没办法！就这么干吧！
MCU使用的是stm32l431rc，flash尺寸256k，ram尺寸48k，没有外部flash。
既然没有串口、没有指示灯，flash又这么小，那干脆做一版极简版的bootloader试试吧！
开始动手…

2 创建极简工程

2.1 基于芯片创建工程
使用RT-Thread Studio基于芯片创建工程，配置如下：

点击完成！等待Studio生成工程…

2.2 裁剪工程到极简
在生成工程中，打开RT-Thread Settings，在Settings页面点击 更多配置 进入详细配置界面。在内核配置页面，取消所有打勾项，如下图所示：

修改 内核设备对象 项如下图所示：

切换到组件配置页面，取消shell，如下图所示：

取消设备驱动程序中的使用UART设备驱动程序项和使用设备IPC项，仅保留使用PIN设备驱动程序项，如下图所示：

保存工程，完成配置保存。
进入构建配置界面，修改优化选项为尺寸优化，点应用并关闭保存修改，如图：

编译工程，无错误，完成极简工程创建。flash使用13.15k，ram使用3.20k。

2.3 加入必备组件

加入fal组件，打开软件包中心，搜索fal，将fal组件加入工程，保存工程，完成组件下载和安装。

在工程的driver文件夹下创建文件夹ports，如图：

在ports文件夹下，加入文件fal_cfg.h，代码如下:
#ifndef FAL_CFG_H
#define FAL_CFG_H
#include <rtconfig.h>
#include <board.h>
#define RT_APP_PART_ADDR (0x08000000 + 321024)//app partition begin address
#define NOR_FLASH_DEV_NAME FAL_USING_NOR_FLASH_DEV_NAME//"norflash0"
/ ===================== Flash device Configuration ========================= /
extern const struct fal_flash_dev stm32_onchip_flash;
//extern struct fal_flash_dev nor_flash0;
/ flash device table /
#define FAL_FLASH_DEV_TABLE
{
&stm32_onchip_flash,
/&nor_flash0,/
}
/ ====================== Partition Configuration ========================== /
#ifdef FAL_PART_HAS_TABLE_CFG
/ partition table /
#define FAL_PART_TABLE
{
/{FAL_PART_MAGIC_WORD, "bl", "onchip_flash", 0, 321024, 0},/
{FAL_PART_MAGIC_WORD, "app", "onchip_flash", 321024, 1281024, 0},
/{FAL_PART_MAGIC_WORD, "factory", "onchip_flash", 1601024, 921024, 0},/
{FAL_PART_MAGIC_WORD, "download", "onchip_flash", 1601024, 921024, 0},
/{FAL_PART_MAGIC_WORD, "param", "onchip_flash", 2521024, 41024, 0},/
/{FAL_PART_MAGIC_WORD, "filesys", NOR_FLASH_DEV_NAME, 0, 810241024, 0},/
}
#endif /* FAL_PART_HAS_TABLE_CFG /
#endif / FAL_CFG_H /
在ports文件夹下，加入文件drv_fal_init.c，代码如下：
#include <rtthread.h>
#ifdef PKG_USING_FAL
#include <fal.h>
extern int fal_init(void);
INIT_COMPONENT_EXPORT(fal_init);
#endif
修改board.h，将以下代码：
#define ROM_START ((uint32_t)0x08000000)
#define ROM_SIZE (256)
#define ROM_END ((uint32_t)(ROM_START + ROM_SIZE * 1024))
#define RAM_START (0x20000000)
#define RAM_SIZE (48)
#define RAM_END (RAM_START + RAM_SIZE * 1024)
修改为
#define ROM_START ((uint32_t)0x08000000)
#define ROM_SIZE (256 * 1024)
#define ROM_END ((uint32_t)(ROM_START + ROM_SIZE))
#define RAM_START (0x20000000)
#define RAM_SIZE (48 * 1024)
#define RAM_END (RAM_START + RAM_SIZE)
去掉BSP_USING_ON_CHIP_FLASH的注释，打开芯片flash驱动
/#define BSP_USING_ON_CHIP_FLASH*/
修改为
#define BSP_USING_ON_CHIP_FLASH
修改main.c，删除main函数内的所有代码，仅保留return RT_EOK;
int main(void)
{
return RT_EOK;
}
打开构建配置，向编译配置的includes中加入目录drivers/ports

保存、编译工程，无错误，添加fal组件完成。编译生成代码，flash使用14.67k，ram使用3.25k。

3 加入QBoot组件

打开软件包中心，搜索qboot组件，添加qboot组件到工程，关闭软件包中心。

配置qboot组件，双击qboot组件，进入组件详细配置页面，取消所有打勾项，仅保留using quicklz decompress项，如图所示：

保存配置，完成qboot组件添加。

说明：因为没有debug串口、没有状态指示灯，所以shell和打印输出相关的功能都用不上，所以统统去掉了。为什么仅保留quicklz解压呢？因为AES解密功能的flash使用比较多，所以未使用；gzip解压功能使用flash软多，不适用于资源较小的MCU，所以未选用；fastlz的资源使用与quicklz差不多，但其压缩率没有quicklz好，所以最终使用了quicklz解压功能；不用解压功能岂不是更省资源吗？为什么还要用quicklz呢？因为quicklz使用flash很少，不足1k，而使用了压缩后download区就可节省出1/4的空间（因为quicklz的压缩率在70~75%左右），比如app分区是128k，那么download分区就可以减少到96k，由此可见使用压缩还是很划算的。QBoot各功能资源使用情况详见：qboot各项配置资源占用情况说明
编译工程，无错误，极简版bootloader制作完成。flash使用17.95k，ram使用12.35k。

4 测试验证

烧入刚制作完成的bootloader到0x08000000处，再烧入app到0x08000800处。重新上电，app可以运行，说明bootloader可正常跳转到app执行。

修改app版本，然后将新的app打包为rbl固件包，将生成的固件包扩展名改为.bin，使用烧写工具将扩展名为bin的固件包写入download分区地址0x08028000处。重新上电运行。

使用仿真器查看app分区程序版本号，已变成修改后的版本号，说明bootloader释放download分区固件到app分区功能正常。

5 加入未来支持

极简版bootloader虽然可用，但调试起来太不方便了；经与硬件设计人员沟通确定，下一版本将加上debug串口和运行指示灯，所以现在在极简版的基础上，加入log输出和运行指示功能。为方便调试，自己飞线引出了debug串口。

进入内核配置页，加入控制台功能，如图：

切换到组件配置页，加入UART设备驱动，如图：

进入qboot配置页，加入状态指示灯功能和syswatch组件（可能是强迫症犯了，总感觉不保险，所以加了syswatch），如图：

保存、编译，flash使用28.90k，ram使用13.09k。

下载运行，哇！终于又能看到log了…

通过ymodem下载固件包到download，bootloader可正常释放固件到app

6 6 总结：通过极简版bootloader的制作可见，基于RT-Thread V4.0通过裁剪也可以制作出尺寸较小的bootloader，最小尺寸不足20k，如果加入log输出和syswatch，尺寸不足32k，能够满足大多数小资源MCU的使用；而且通过RT-Thread V4.0制作bootloader比较简单和容易。

原作者：红枫