STM32固件升级设计——SD卡升级固件

概述

一、功能描述

1、BootLoader部分：

2、APP部分：

二、BootLoader程序制作

1、分区定义

2、主函数

3、SD卡升级文件检测和更新

4、程序跳转

三、APP程序制作

四、工程配置（默认KEIL5）

五、运行测试

结束语

概述

IAP（In Application Programming）即在应用中编程，允许在应用程序运行时更新或切换固件。STM32通过修改MSP（主堆栈指针）和PC（程序计数器）实现从不同地址启动，包括Flash或RAM地址。默认情况下，嵌入式程序以连续二进制形式烧录到STM32的可寻址Flash区域。若Flash容量足够存储多个完整程序，每个程序独立且完整，上电后可通过修改MSP值选择不同程序入口，从而实现多固件切换或升级。

BootLoader（引导加载程序）是嵌入式系统或计算机启动时运行的一段小型程序，负责初始化硬件、加载操作系统内核并将其控制权移交。它是系统从关机状态到操作系统完全运行之间的桥梁。

所以，固件升级的基本思路是将stm32的flash划分为若干个区域，其中包括BootLoader区域和APP区等，将各自的程序写到对应的flash区域里，本文将采用读取SD卡的文件来更新固件，只重实践不讲原理。

一、功能描述

使用STM32的SDIO总线驱动microSD卡实现SD卡升级程序。将FLASH分为2个部分。
分区介绍：
本文使用stm32f407zgt6，flash是1M，sector是不固定的（在读写擦除flash时需要特别注意），详细看下图STM32F4系列的FLASH结构。

BootLoader整个代码编译下来有36K左右，所以使用0x08000000~0x0000FFFF，剩下的FLASH全部用来存放APP，使用0x08010000~0x080F0000。

区域	起始地址	区域大小	功能
BOOT	0x08000000	0x00010000(64k)	存放BootLoader程序
APP	0x08010000	0x000F0000(960k)	存放产品主程序

tips：选择以上分区方式的好处是在上电瞬间可以触发升级，只要SD卡里面根目录有正确的程序都可以更新固件，所以就没必要用到SETTING区域在存更新触发标志位了。

1、BootLoader部分：

运行时首先会初始化SD卡，如果初始化成功并且检测到存在SD卡，就查找根目录是否有firmware.bin文件，如果有就升级，没有就直接进入APP，检测不到SD卡也会直接进入APP。

2、APP部分：

该部分需要在程序起始设置中断向量跳转指针，剩下的就是自己写的主程序。

二、BootLoader程序制作

主要包含了YMODEM协议的驱动代码。

1、分区定义

#define FLASH_SECTOR_SIZE           1024
#define FLASH_SECTOR_NUM            1024    // 1024K
#define FLASH_START_ADDR            ((uint32_t)0x8000000)
#define FLASH_END_ADDR              ((uint32_t)(0x8000000 + FLASH_SECTOR_NUM * FLASH_SECTOR_SIZE))//flash sector addr
#define ADDR_FLASH_SECTOR_0         ((uint32_t)0x08000000) 	//sector0 addr, 16 Kbytes  
#define ADDR_FLASH_SECTOR_1         ((uint32_t)0x08004000) 	//sector1 addr, 16 Kbytes  
#define ADDR_FLASH_SECTOR_2         ((uint32_t)0x08008000) 	//sector2 addr, 16 Kbytes  
#define ADDR_FLASH_SECTOR_3         ((uint32_t)0x0800C000) 	//sector3 addr, 16 Kbytes  
#define ADDR_FLASH_SECTOR_4         ((uint32_t)0x08010000) 	//sector4 addr, 64 Kbytes  
#define ADDR_FLASH_SECTOR_5         ((uint32_t)0x08020000) 	//sector5 addr, 128 Kbytes  
#define ADDR_FLASH_SECTOR_6         ((uint32_t)0x08040000) 	//sector6 addr, 128 Kbytes  
#define ADDR_FLASH_SECTOR_7         ((uint32_t)0x08060000) 	//sector7 addr, 128 Kbytes  
#define ADDR_FLASH_SECTOR_8         ((uint32_t)0x08080000) 	//sector8 addr, 128 Kbytes  
#define ADDR_FLASH_SECTOR_9         ((uint32_t)0x080A0000) 	//sector9 addr, 128 Kbytes  
#define ADDR_FLASH_SECTOR_10        ((uint32_t)0x080C0000) 	//sector10 addr,128 Kbytes  
#define ADDR_FLASH_SECTOR_11        ((uint32_t)0x080E0000) 	//sector11 addr,128 Kbytes  #define BOOT_SECTOR_ADDR            0x08000000
#define BOOT_SECTOR_SIZE            0x10000
#define APP_SECTOR_ADDR             0x08010000     // APP sector start address  
#define APP_SECTOR_SIZE             0xF0000        // APP sector size    #define BOOT_ERASE_SECTORS_NUM      4  // 64k
#define APP_ERASE_SECTORS_NUM       8  // 64k+128k+128k+128k+128k+128k+128k+128ktypedef enum 
{NONE,START_PROGRAM,UPDATE_PROGRAM,UPDATE_SUCCESS,
} process_status;

2、主函数

这部分包含了升级的所有状态，该框架可以说对比上一篇文章是完全不变的，主要是SD卡初始化没问题就成功一大半了，具体看代码。

static void iap_process(void)
{switch (bootupdate_process) {case NONE:break;case START_PROGRAM:printf("start app...\r\n");delay_ms(50);if ((((*(vu32*)(APP_SECTOR_ADDR+4))&0xFF000000)==0x08000000)&&(!iap_load_app(APP_SECTOR_ADDR))) {printf("no program\r\n");delay_ms(1000);}printf("start app failed\r\n");break;case UPDATE_PROGRAM:if(SD_Init()==0){printf("检测到SD卡\r\n");show_sdcard_info();	//打印SD卡相关信息sd_update();}else{printf("没检测到SD卡\r\n");}bootupdate_process = UPDATE_SUCCESS;break;case UPDATE_SUCCESS:bootupdate_process = START_PROGRAM;
//			NVIC_SystemReset();break;default:break;}
}int main(void)
{        NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);//设置系统中断优先级分组2delay_init(168);  //初始化延时函数uart_init(115200);		//初始化串口波特率为115200LED_Init();					//初始化LED bootupdate_process=UPDATE_PROGRAM;while(1){delay_ms(200);		 			   LED0=!LED0;iap_process();} 
}

3、SD卡升级文件检测和更新

关于SD卡和FATFS文件系统的移植我是参考正点原子的，主要是将malloc用全局变量代替，其它需要注意的是SD卡的扇区需要选择512字节。

本来是存放在堆区的，现改为存放在栈区

#define _USE_LFN 2 /* 0 to 3 */

挂载SD卡，判断sd卡根目录下是否有firmware.bin文件，有的话就获取一下该固件占用了多少个扇区，对应去擦除扇区，然后就可以复制固件到APP起始地址了。不存在该固件的话就直接退出进入APP。

void sd_update(void) 
{u8 file_buffer[512]={0};   uint32_t flash_addr = APP_SECTOR_ADDR;unsigned long total_bytes_read = 0;UINT bytes_read;fres=f_mount(&fs[0],"0:",1); 				//挂载FLASH.	if(fres==FR_OK)                             //FLASH磁盘,FAT文件系统正常{printf("Flash disk OK!\r\n");}// 判断sd卡根目录下是否有firmware.bin文件fres = f_stat("0:/firmware.bin", &fno);if(fres == FR_OK){printf("0:/firmware.bin”文件信息：\n");printf("》文件大小: %ld(字节)\n", fno.fsize);printf("sector_num=%d\r\n",get_mcu_flash_sector(flash_addr+(u32)fno.fsize)/8-4+1);mcu_flash_erase(flash_addr, get_mcu_flash_sector(flash_addr+(u32)fno.fsize)/8-4+1);}else{printf("firmware.bin not found!\r\n");}if(fres == FR_OK) {// 文件存在printf("firmware.bin found, size: %lu bytes\r\n", fno.fsize);printf("开始更新固件...\r\n");// 打开固件文件fres = f_open(&firmware_file, "0:/firmware.bin", FA_READ);if(fres == FR_OK) {// 循环读取文件内容while (total_bytes_read < fno.fsize){// 读取数据块到缓冲区fres = f_read(&firmware_file, file_buffer, 512, &bytes_read);if (fres != FR_OK || bytes_read == 0){// 读取出错或到达文件末尾printf("读取文件失败或文件已结束，错误码: %d\r\n", fres);break;}// 写入到FLASHprintf("正在写入地址 0x%08X，大小: %u 字节\r\n", flash_addr, bytes_read);mcu_flash_write(flash_addr, file_buffer, bytes_read);// 更新计数器和地址total_bytes_read += bytes_read;flash_addr += bytes_read;// 显示进度printf("更新进度: %lu/%lu bytes\r\n", total_bytes_read, fno.fsize);}// 关闭文件f_close(&firmware_file);if (total_bytes_read == fno.fsize) {printf("固件更新完成! 共写入 %lu 字节\r\n", total_bytes_read);} else {printf("固件更新未完成! 已写入 %lu/%lu 字节\r\n", total_bytes_read, fno.fsize);}}}	else {// 文件不存在printf("firmware.bin not found!\r\n");}
}

4、程序跳转

跳转这部分网上也很多，基本没什么区别，语句很少，建议每一步都去查一下大概意思。

tips：本文的开发环境有128k ram，所以下列语句需要判断跳转地址是否超出。

if (((*(__IO uint32_t*)appxaddr) & 0x2FFE0000 ) == 0x20000000)

详细参考以下文章：

关于STM32单片机IAP升级中if(((*(__IO uint32_t*)ulAddr_App) & 0x2FFE0000) == 0x20000000)语句的理解-CSDN博客

iapfun jump2app;uint8_t iap_load_app(uint32_t app_addr) 
{uint32_t jump_addr;if (((*(__IO uint32_t*)app_addr) & 0x2FFE0000 ) == 0x20000000) {  jump_addr = *(__IO uint32_t*) (app_addr + 4);  jump2app = (iapfun)jump_addr;  __set_MSP(*(__IO uint32_t*)app_addr);  jump2app();return 1;} return 0;
}

三、APP程序制作

这部分只需要设置一下flash的偏移量。

NVIC_SetVectorTable (NVIC_VectTab_FLASH, 0x08010000);	//向量重定向

四、工程配置（默认KEIL5）

BootLoader部分：0x08000000~0x0800FFFF

APP部分：0x08010000~0x080F0000

五、运行测试

（1）首先将firmware.bin固件存放到SD卡的根目录。

（2）没插上SD卡的情况，直接进入APP程序。

（3）上电前插入SD卡后启动的情况，可以看到检测到SD卡并且打印SD卡的基础信息，找到firmware.bin文件后就开始按512字节写入APP的起始地址，写完后进入新的APP程序。之后需要拔出SD卡，不然每次上电都会执行更新程序步骤。

结束语

以上SD卡升级stm32单片机功能已实现，思路和我前面写的文章一模一样，思路理解了就能一直套娃了，所以便一股脑移植SD卡了，建议大家在移植的时候对照着文档或者SDK直接移植过来，当然用HAL库更好。后面大家看到的也希望可以得到大家的指点或者互动，感谢各位亦菲彦祖们了。

完整代码下载地址：SD卡升级stm32固件资源-CSDN下载