STM32 W5500 OTA功能 – bootloader及app的设计和实现

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By Mr_Johhny

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通过W5500的网络功能，到文件服务器下载STM32要更新的固件(可执行bin文件)，存储到STM32片内FLASH的APP备份区中，以待bootloader拷贝到APP代码执行区，以实现OTA在线升级的功能。

我使用的芯片是STM32F103RCT6，48Kbyte的RAM内存和256Kbyte的片内FLASH。

片内FLASH区域划分
对于片内FLASH应用的划分，包括4个区域：bootloader区(36Kbyte)，App代码执行区(108Kbyte)，App代码备份区(108Kbyte)，用户数据记录区(4Kbyte)，共256Kbyte，如图所示：

那么片内FLASH各个区域对应的索引地址为：

Bootloader功能设计与实现
bootloader和普通的app程序类似，只不过它在STM32上电后开始执行的，它负责检测用户数据数据记录区是否有已经下载好的固件要更新。

如果用户数据数据记录区没有下载好的固件数据要更新，则直接跳转到App代码执行区；

如果用户数据数据记录区有下载好的固件数据要更新，那么根据用户数据记录区的下载固件文件长度，将App代码备份区的数据拷贝到App代码执行区，如果拷贝完成，则将用户数据记录区和App代码备份区数据擦除，再跳转到App代码执行区去执行更新好的新程序。

在Keil工程中，bootloader的配置

bootloader的代码实现：

#ifndef __STM32F10X_H
#define __STM32F10X_H
#include “stm32f10x.h”
#endif

#ifndef __Z_UTIL_TIME_H
#define __Z_UTIL_TIME_H
#include “z_util_time.h”
#endif

#ifndef __Z_HARDWARE_LED_H
#define __Z_HARDWARE_LED_H
#include “z_hardware_led.h”
#endif

#ifndef __Z_HARDWARE_FLASH_H
#define __Z_HARDWARE_FLASH_H
#include “z_hardware_flash.h”
#endif

#include <string.h>

#define APP_FLASH_ADDRESS (0x8009000)
#define BACKUP_FLASH_ADDRESS (0x8024000)
#define RECORD_FLASH_ADDRESS (0x803F000)

typedef void (*pFunction)(void);
pFunction Jump_To_Application;
uint32_t JumpAddress;

void func_jump2app(void)
{
if (((*(__IO uint32_t*)APP_FLASH_ADDRESS) & 0x2FFC0000 ) == 0x20000000)
{
__disable_irq();
JumpAddress = *(__IO uint32_t*) (APP_FLASH_ADDRESS + 4);
Jump_To_Application = (pFunction) JumpAddress;
__set_MSP(*(__IO uint32_t*) APP_FLASH_ADDRESS);
Jump_To_Application();
}
}

void func_led_onoff_cross(void);

u16 flash_buf[1024];
int main()
{
u8 i;
u32 len_backup;
init_led();

func_flash_read_datas(RECORD_FLASH_ADDRESS, flash_buf, 128);
delay_ms(10);

if(flash_buf[0] == 0x0002)// to update
{
u8 i, page, suc;
len_backup = flash_buf[2]*65536 + flash_buf[3];
page = len_backup / SECTOR_SIZE + 1;
if(page <= 54)//108kbyte
{
for(i = 0; i < page; i++)
{
memset(flash_buf, 0xFFFF, sizeof(flash_buf));
func_flash_read_datas(BACKUP_FLASH_ADDRESS + i*2048, flash_buf, 1024);
suc = func_flash_write_datas(APP_FLASH_ADDRESS + i*2048, flash_buf, 1024);
if(suc != 0)
{
break;
}
}
if(suc == 0)//copy success
{
//clear backup
for(i = 0; i < page; i++)
{
func_flash_erase_page(BACKUP_FLASH_ADDRESS + i*2048);
}
func_flash_erase_page(RECORD_FLASH_ADDRESS);
}
}
}

for(i = 0; i < 5; i++)
{
func_led_onoff_cross();
}
func_jump2app();

}

void func_led_onoff_cross()
{
func_led1_on();
func_led2_off();
delay_ms(200);
func_led2_on();
func_led1_off();
delay_ms(200);
}
App功能设计与实现
App的功能，业务逻辑部分不作为本文描述重点。关于网络或其他方式下载固件，通过一个外部触发去执行，我这里使用了一个拨码开关来触发下载固件的事件。

在App代码执行开始的地方，做一个中断向量的配置

NVIC_SetVectorTable(NVIC_VectTab_FLASH, (FLASH_APPCODE_ADDR – FLASH_BASE_ADDR));
然后初始化各个GPIO的操作，由于我是通过W5500的Http Get方式下载可执行文件bin，初始化一下网络的配置，DHCP动态获取IP等。还有一个地方，是在网络下载数据的过程，通过一个钩子函数进行注册存储函数，以实现下载的方法和业务分离。

//hook
init_hooks_http_download_file_save(func_custom_http_downloading_file_save);
文件下载的内容，存储到App代码备份区，下载完成后会存储升级固件的标记以及下载了的固件文件的长度。

至于 STM32 W5500 Http Get方式下载固件的思路和实现，可参考《STM32 W5500 Http Client Get请求下载bin文件思路和实现》。

下载完成后，程序跳转到bootloader去执行。

关于App的工程配置

App的测试代码：

#ifndef __STM32F10X_H
#define __STM32F10X_H
#include “stm32f10x.h”
#endif

#ifndef __Z_UTIL_TIME_H
#define __Z_UTIL_TIME_H
#include “z_util_time.h”
#endif

#ifndef __Z_HARDWARE_LED_H
#define __Z_HARDWARE_LED_H
#include “z_hardware_led.h”
#endif

#ifndef __Z_HARDWARE_USART2_H
#define __Z_HARDWARE_USART2_H
#include “z_hardware_usart2.h”
#endif

#ifndef __Z_HARDWARE_FLASH_H
#define __Z_HARDWARE_FLASH_H
#include “z_hardware_flash.h”
#endif

#ifndef __Z_HARDWARE_SPI_H
#define __Z_HARDWARE_SPI_H
#include “z_hardware_spi.h”
#endif

#ifndef __Z_HARDWARE_SWITCHKEYS_H
#define __Z_HARDWARE_SWITCHKEYS_H
#include “z_hardware_switchkeys.h”
#endif

#ifndef __W5500_H
#define __W5500_H
#include “w5500.h”
#endif

#ifndef __SOCKET_H
#define __SOCKET_H
#include “socket.h”
#endif

#ifndef __W5500_CONF_H
#define __W5500_CONF_H
#include “w5500_conf.h”
#endif

#ifndef __DHCP_H
#define __DHCP_H
#include “dhcp.h”
#endif

#ifndef __HTTPC_H
#define __HTTPC_H
#include “httpc.h”
#endif

typedef void (*pFunction)(void);
pFunction Jump_To_Bootloader;
uint32_t JumpAddress;

void func_jump2bootloader(void)
{
if (((*(__IO uint32_t*)FLASH_BASE_ADDR) & 0x2FFC0000 ) == 0x20000000)
{
__disable_irq();
JumpAddress = *(__IO uint32_t*) (FLASH_BASE_ADDR + 4);
Jump_To_Bootloader = (pFunction) JumpAddress;
__set_MSP(*(__IO uint32_t*) FLASH_BASE_ADDR);
Jump_To_Bootloader();
}
}

void func_led_onoff_cross(void);
void func_led_onoff_sametime(void);

void func_custom_http_downloading_file_save(u8 state, u8 pageno, u8* cache, u32 len_cache_cont)//pageno start from 1
{
// func_usart2_dma_send_bytes(cache, len_cache_cont);
if(state == 0)//downloading
{
//write FLASH Backup file content
func_flash_write_datas(FLASH_APPBACKUP_ADDR + (pageno-1)*2048, (u16*)cache, SIZE_DOWNLOAD_CACHE/2);
}
else if(state == 1)//done
{
//write FLASH Backup file content
func_flash_write_datas(FLASH_APPBACKUP_ADDR + (pageno-1)*2048, (u16*)cache, (len_cache_cont%2) == 0 ? (len_cache_cont/2) : (len_cache_cont/2+1));

//write FLASH Record
{
u16 arrs[4];
u32 downloadsize = (pageno-1)*SIZE_DOWNLOAD_CACHE + len_cache_cont;
arrs[0] = 2;
arrs[1] = 0xFFFF;
arrs[2] = downloadsize >> 16;
arrs[3] = (u16)downloadsize;
func_flash_write_datas(FLASH_RECORD_ADDR, arrs, 4);
}
}
}

u8 buf[2048];

int main()
{
u8 state_k1_init;

u8 mac[6]={0, };
DHCP_Get dhcp_get;

//FIXME your file server ip
u8 srv_ip[] = {192, 168, 1, 109};
u16 srv_port = 8888;

NVIC_SetVectorTable(NVIC_VectTab_FLASH, (FLASH_APPCODE_ADDR – FLASH_BASE_ADDR));

init_led();
init_switchkeys();

init_system_spi();
func_w5500_reset();

// init_hardware_usart2_dma(115200);

getMacByLockCode(mac);
setSHAR(mac);

sysinit(txsize, rxsize);
setRTR(2000);
setRCR(3);

state_k1_init = func_get_switchkey1();

//USART DMA problem: 2 bytes missing
// func_usart2_dma_send_bytes(mac, 2);
// delay_ms(100);

//hook
init_hooks_http_download_file_save(func_custom_http_downloading_file_save);

//DHCP
for(;func_dhcp_get_ip_sub_gw(buf, sizeof(buf), 1, mac, &dhcp_get, 500) != 0;);
if(func_dhcp_get_ip_sub_gw(buf, sizeof(buf), 1, mac, &dhcp_get, 500) == 0)
{
setSUBR(dhcp_get.sub);
setGAR(dhcp_get.gw);
setSIPR(dhcp_get.lip);
close(1);
}

for(;;)
{
if(state_k1_init != func_get_switchkey1())
{
u8 res;
//downlaod bin file and reboot
memset(buf, 0 , sizeof(buf));
res = func_http_get_download_file(0, srv_ip, srv_port, “/file/APP_Download.bin_1.1.8”, 5000, buf, sizeof(buf));
if(res == 0)
{
//jump to bootloader
func_jump2bootloader();
}
state_k1_init = func_get_switchkey1();
}
// func_led_onoff_cross();
func_led_onoff_sametime();

}

void func_led_onoff_cross()
{
func_led1_on();
func_led2_off();
delay_ms(500);
func_led2_on();
func_led1_off();
delay_ms(500);
}

void func_led_onoff_sametime()
{
func_led1_on();
func_led2_on();
delay_ms(500);
func_led2_off();
func_led1_off();
delay_ms(500);
}
测试与结果
将bootloader编译并生成bin文件，通过STM32 ST-LINK Utility工具，将bootloader下载到0x08000000的位置上，如图：

将App编译一版LED1和LED2交叉亮灭的固件，通过STM32 ST-LINK Utility工具，将App下载到0x08009000的位置上，如图：

再编译一版LED1和LED2同时亮灭的固件，上传到文件服务器。

复位板子后，程序先执行bootloader的LED交叉快速闪烁，随后进入到原始App的LED慢速交叉闪烁。扳动拨码开关，随后几秒，LED交叉快速闪烁，然后两个LED同时亮，同时灭。App固件升级完成！

总结
bootloader和App的思路比较简单，但是实现的过程中，可能会遇到一些坑。说说我遇到过的坑：

1、bootloader工程target的FLASH大小配置

2、bootloader工程的startup_stm32f10x_hd.s文件的堆栈大小配置过小，导致Debug不好用，配置大一些就好了。

3、bootloader工程操作FLASH的代码问题，导致bin文件内容串位-通过STM32 ST-LINK Utility工具检查 FLASH中实际的内容是什么，从而排查解决了问题。

4、App工程也是因为FLASH的操作不当，导致用户数据记录区数据串位。
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