基于STM32L476的IAP升级

一、原理

基本概念：

ICP/ISP： 即在线编程（in-circuit programming）有时也叫系统编程（In System Programming）在，用于通过JTAG、SWD协议或引导加载程序（BootLoader）将用户应用程序加载到微控制器中，从而更新flash的全部内容。 ICP提供了快速有效的设计迭代，并消除了不必要的封装处理或设备插槽。

IAP： 即应用内编程（in-application programming）。与ICP方法相比，应用内编程（IAP）可以使用微控制器支持的任何通信接口（I / O，USB，CAN，UART，I2C，SPI等）将编程数据下载到存储器中。当应用程序（即IAP程序）运行时，用户能够对Flash存储器进行重新编程。 但是，应用程序（即IAP程序）的一部分必须事先通过ICP烧录在flash中。如果在flash操作期间发生设备复位，则不能保证flash中的内容。

发生复位时，程序计数器（PC指针）将设置为IAP驱动程序的地址。它应该是一个简洁的代码，用于检查特定状态，例如，按下了组合键。满足此条件后，IAP驱动程序要么去更新用户应用程序，要么直接（通常默认情况下）执行用户应用程序。

用户应用程序需要与IAP驱动程序分开。最实用的解决方案是将IAP驱动程序代码放在程序存储器（flash）的开头，并将用户代码放在下一个空闲Flash存储块、扇区或页面的开头，这样可以独立在两个区域上都将配置内存保护。本文中，IAP是通过USART而不是更高级的通信接口执行的，因此可以最大程度地减少内存占用。

用户应用程序可能具有独立的堆栈和中断向量（两者都是推荐的，但不是强制性的）（参见下图）。当IAP程序直接启动用户应用程序时：

  1. IAP程序将主堆栈指针设置为应用程序地址。
  2. 下一条指令执行就会跳转到应用程序（无条件分支）。
  3. 然后，应用程序将其自己的中断向量表设置为活动状态。

IAP程序

用户应用程序（app）需注意事项：

  1. 使用工具链链接程序文件将程序加载地址设置为0x08008000
  2. 使用“ NVIC_SetVectorTable”将向量表定位在地址0x08008000上
    功能。
    1. 这里在system_stm32l4xx.c中修改VECT_TAB_OFFSET宏即可，VECT_TAB_OFFSET宏必须为0x200的倍数

二、STM32L476的内部flash结构及其启动方式

参考ST官方手册（RM0351），STM32L476内部1M的flash被划分为两个BANK：

flash

  • 当选择从Information block中的系统储存器（System memory）启动时，即启动利用串口下载代码的固件（Embedded boot loader，出厂后已经固化）
  • 当选择从主储存器（Main memory）启动时，默认会从主存储器（Main memory）的BANK1启动
  • 设置FLASH_OPTR寄存器的BFB2位为1，能够改变启动方式为主存储器（Main memory）的BANK2
    • FLASH_OPTR寄存器的默认值来自Information block中的Option bytes（只读，默认固化为0xFFEF F8AA，其中BFB2位默认为0）
    • 不管从BANK1还是BANK2启动，最后都会将BANK1或BANK2映射到0x0000 0000（这里是boot memory space，引导存储空间）去，系统会认为代码存放在0x0000 0000处

当从主存储器（Main memory）的BANK2启动时，BANK1和BANK2会进行交换，所以用户应用程序的初始化代码需要将NVIC异常向量表和偏移寄存器设置为BANK2交换后的地址，即原来BANK1所在的地址：0x0800 0000

选项字节

STM32L476中具体的选项字节（Information block中的Option bytes）：

选项字节

其中USER OPT和RDP为：

USER OPT和RDP

这里多留意USER OPT中的BFB2，后面需要用到

HAL库中关于选项字节的编程：

  1. HAL_FLASH_Unlock解锁flash
  2. HAL_FLASH_OB_Unlock解锁选项字节
  3. HAL_FLASHEx_OBGetConfig获得系统中已经存在的选项字节参数
  4. while(HAL_FLASHEx_OBProgram(&obData) != HAL_OK)写入修改后的选项字节
  5. HAL_FLASH_OB_Lock锁定选项字节
  6. HAL_FLASH_Lock锁定flash

FLASH_OBProgramInitTypeDef结构体参数：

  • OptionType：设置选项字节的类型
    • OPTIONBYTE_WRP：设置WRP
    • OPTIONBYTE_RDP：设置RDP
    • OPTIONBYTE_USER：设置USER
    • OPTIONBYTE_PCROP：设置PCROP
  • WRPArea：设置WRP时，选择是BANKx的AREAA还是AREAB
  • WRPStartOffset
  • WRPEndOffset
  • RDPLevel：设置RDP时的度保护等级（OB_RDP_LEVEL_0、1、2三种等级）
  • USERType：设置USER时，设置的各种参数（如OB_USER_BFB2）
  • USERConfig：具体的USER配置（如OB_BFB2_ENABLE）
  • PCROPConfig：设置PCROP时使用
  • PCROPStartAddr
  • PCROPEndAddr

三、基于双bank的IAP设计

优点：

  • 可以更新加载程序（IAP）代码
  • 如果加载失败，则原始代码仍然有效（操作可以是“原子的”）
  • 基于该方案的设备无需通过定义加载程序状态去启动app

用户代码可访问STM32L4和STM32G4的FB_MODE寄存器或STM32L0的UFB的寄存器。 系统配置寄存器中的该位控制存储器映射（Remap）和别名（Alias）。 双存储区启动机制也使用它，并且在足够小心的情况下，它也可以用于实时现场升级。

映射和别名

1、用户代码选择启动存储区

用户代码可以通过访修改SYSCFG寄存器修改存储区的映射关系（L0为SYSCFG_DFGR1中的UFB标志位，L4为SYSCFG_MEMRMP中的FB_MODE标志位），同时还能根据该标志位分辨出目前在使用哪个存储区。

(Bit 8)FB_MODE: Flash Bank mode selection

0: Flash Bank 1 mapped at 0x0800 0000 (and aliased @0x0000 0000) and Flash Bank 2
mapped at 0x0808 0000 (and aliased at 0x0008 0000)
1: Flash Bank2 mapped at 0x0800 0000 (and aliased @0x0000 0000) and Flash Bank 1
mapped at 0x0808 0000 (and aliased at 0x0008 0000)

注意：

  • 在修改FB_MODE改变映射关系后，必须重置向量表

2、自动选择启动存储区

复位后，如果FLASH_OPTR寄存器的BFB2位为1（BOOTx引脚设置为主存储区启动），将调用系统储存器（System memory）中的BootLoader来检测BANK2中的代码是否有效（检测BANK2中第一个字节是否包含有效的堆栈指针地址），若有效则从BANK2启动

(Bit 20)BFB2: Dual-bank boot

0: Dual-bank boot disable
1: Dual-bank boot enable

注意：

  • 修改该标志位必须通过STM32 ST-LINK Utility软件设置选项字节 坑啊
  • 同时，通过STM32 ST-LINK Utility软件设置BFB2标志位后会自动写保护BANK2 贼坑