基于STM32的串口環(huán)形隊列IAP調(diào)試
IAP很常見了，我這里主要是記錄一下我所使用的方法，調(diào)試也花了兩天時間。我所用的型號是STM32F103C8T6，這個片子估計是目前性價比最高的了，所以平時也都是用的這個。這個IC有64KFlash和20K的RAM，也有小道說有后置隱藏的64K，也就是說其實是有128K，我一直也沒有測試，有空測測，有大神這樣說，估計是可以的。這里重點記錄一下我寫的IAP思路和代碼以及細節(jié)和遇到坑的地方。先大體的概述一下，最后貼上我認為重點的代碼。
在概述之前先要解決一個問題，那就是sram空間和flash空間的問題，sram只有20K，flash有64k。
解決的辦法有很多：
1）最常見的就是自己寫上位機軟件，通過分包發(fā)送，期間還可以加入加密算法，校驗等等。
2）使用環(huán)形隊列，簡單點說就是個環(huán)形數(shù)組，一邊接收上位機數(shù)據(jù)，一邊往flash里面寫。
這里條件限制就采用第二種方法。所以即使是分給A和B的25K空間的flash空間，sram只有20K也是不能一次接收完所有的bin數(shù)據(jù)的，這里我只開辟了一個1K的BUF，使用尾插法寫入，我的測試應(yīng)用程序都在5-6K，用這樣的方法可以在9600波特率下測試穩(wěn)定，也試過57600的勉強可以的，115200就不行了。
環(huán)形隊列代碼如下：
C文件：
#include "fy_looplist.h"
#include "fy_includes.h"
#ifndef NULL
#define NULL 0
#endif
#ifndef min
#define min(a, b) (a)<(b)?(a):(b) //< 獲取最小值
#endif
#define DEBUG_LOOP 1
static int Create(_loopList_s* p,unsigned char *buf,unsigned int len);
static void Delete(_loopList_s* p);
static int Get_Capacity(_loopList_s *p);
static int Get_CanRead(_loopList_s *p);
static int Get_CanWrite(_loopList_s *p);
static int Read(_loopList_s *p, void *buf, unsigned int len);
static int Write(_loopList_s *p, const void *buf, unsigned int len);
struct _typdef_LoopList _list=
{
Create,
Delete,
Get_Capacity,
Get_CanRead,
Get_CanWrite,
Read,
Write
};
//初始化環(huán)形緩沖區(qū)
static int Create(_loopList_s* p,unsigned char *buf,unsigned int len)
{
if(NULL == p)
{
#if DEBUG_LOOP
printf("ERROR: input list is NULLn");
#endif
return 0;
}
p->capacity = len;
p->buf = buf;
p->head = p->buf;//頭指向數(shù)組首地址
p->tail = p->buf;//尾指向數(shù)組首地址
return 1;
}
//刪除一個環(huán)形緩沖區(qū)
static void Delete(_loopList_s* p)
{
if(NULL == p)
{
#if DEBUG_LOOP
printf("ERROR: input list is NULLn");
#endif
return;
}
p->buf = NULL;//地址賦值為空
p->head = NULL;//頭地址為空
p->tail = NULL;//尾地址尾空
p->capacity = 0;//長度為空
}
//獲取鏈表的長度
static int Get_Capacity(_loopList_s *p)
{
if(NULL == p)
{
#if DEBUG_LOOP
printf("ERROR: input list is NULLn");
#endif
return -1;
}
return p->capacity;
}
//返回能讀的空間
static int Get_CanRead(_loopList_s *p)
{
if(NULL == p)
{
#if DEBUG_LOOP
printf("ERROR: input list is NULLn");
#endif
return -1;
}
if(p->head == p->tail)//頭與尾相遇
{
return 0;
}
if(p->head < p->tail)//尾大于頭
{
return p->tail - p->head;
}
return Get_Capacity(p) - (p->head - p->tail);//頭大于尾
}
//返回能寫入的空間
static int Get_CanWrite(_loopList_s *p)
{
if(NULL == p)
{
#if DEBUG_LOOP
printf("ERROR: input list is NULLn");
#endif
return -1;
}
return Get_Capacity(p) - Get_CanRead(p);//總的減去已經(jīng)寫入的空間
}
// p--要讀的環(huán)形鏈表
// buf--讀出的數(shù)據(jù)
// count--讀的個數(shù)
static int Read(_loopList_s *p, void *buf, unsigned int len)
{
int copySz = 0;
if(NULL == p)
{
#if DEBUG_LOOP
printf("ERROR: input list is NULLn");
#endif
return -1;
}
if(NULL == buf)
{
#if DEBUG_LOOP
printf("ERROR: input buf is NULLn");
#endif
return -2;
}
if(p->head < p->tail)//尾大于頭
{
copySz = min(len, Get_CanRead(p)); //比較能讀的個數(shù)
memcpy(buf, p->head, copySz); //讀出數(shù)據(jù)
p->head += copySz; //頭指針加上讀取的個數(shù)
return copySz; //返回讀取的個數(shù)
}
else //頭大于等于了尾
{
if (len < Get_Capacity(p)-(p->head - p->buf))//讀的個數(shù)小于頭上面的數(shù)據(jù)量
{
copySz = len;//讀出的個數(shù)
memcpy(buf, p->head, copySz);
p->head += copySz;
return copySz;
}
else//讀的個數(shù)大于頭上面的數(shù)據(jù)量
{
copySz = Get_Capacity(p) - (p->head - p->buf);//先讀出來頭上面的數(shù)據(jù)
memcpy(buf, p->head, copySz);
p->head = p->buf;//頭指針指向數(shù)組的首地址
//還要讀的個數(shù)
copySz += Read(p,(char*)buf+copySz, len-copySz);//接著讀剩余要讀的個數(shù)
return copySz;
}
}
}
// p--要寫的環(huán)形鏈表
// buf--寫出的數(shù)據(jù)
// len--寫的個數(shù)
static int Write(_loopList_s *p, const void *buf, unsigned int len)
{
int tailAvailSz = 0;//尾部剩余空間
if(NULL == p)
{
#if DEBUG_LOOP
printf("ERROR: list is empty n");
#endif
return -1;
}
if(NULL == buf)
{
#if DEBUG_LOOP
printf("ERROR: buf is empty n");
#endif
return -2;
}
if (len >= Get_CanWrite(p))//如果剩余的空間不夠
{
#if DEBUG_LOOP
printf("ERROR: no memory n");
#endif
return -3;
}
if (p->head <= p->tail)//頭小于等于尾
{
tailAvailSz = Get_Capacity(p) - (p->tail - p->buf); //查看尾上面剩余的空間
if (len <= tailAvailSz)//個數(shù)小于等于尾上面剩余的空間
{
memcpy(p->tail, buf, len);//拷貝數(shù)據(jù)到環(huán)形數(shù)組
p->tail += len;//尾指針加上數(shù)據(jù)個數(shù)
if (p->tail == p->buf+Get_Capacity(p))//正好寫到最后
{
p->tail = p->buf;//尾指向數(shù)組的首地址
}
return len;//返回寫入的數(shù)據(jù)個數(shù)
}
else
{
memcpy(p->tail, buf, tailAvailSz); //填入尾上面剩余的空間
p->tail = p->buf; //尾指針指向數(shù)組首地址
//剩余空間 剩余數(shù)據(jù)的首地址 剩余數(shù)據(jù)的個數(shù)
return tailAvailSz + Write(p, (char*)buf+tailAvailSz, len-tailAvailSz);//接著寫剩余的數(shù)據(jù)
}
}
else //頭大于尾
{
memcpy(p->tail, buf, len);
p->tail += len;
return len;
}
}
/*********************************************END OF FILE********************************************/
頭文件
#ifndef __FY_LOOPLIST_H
#define __FY_LOOPLIST_H
//環(huán)形緩沖區(qū)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
typedef struct {
unsigned int capacity; //空間大小
unsigned char *head; //頭
unsigned char *tail; //尾
unsigned char *buf; //數(shù)組的首地址
} _loopList_s;
struct _typdef_LoopList
{
int (*Create) (_loopList_s* p,unsigned char *buf,unsigned int len);
void (*Delete)(_loopList_s* p);
int (*Get_Capacity)(_loopList_s *p);
int (*Get_CanRead)(_loopList_s *p);
int (*Get_CanWrite)(_loopList_s *p);
int (*Read)(_loopList_s *p, void *buf, unsigned int len);
int (*Write)(_loopList_s *p, const void *buf, unsigned int len);
};
extern struct _typdef_LoopList _list;
#endif
1、整體思路
1、把64K的flash空間分成了4個部分，第一部分是BootLoader，第二部分是程序A（APP1），第三部分是程序B（APP2），第四部分是用來存儲一些變量和標記的。下面是空間的分配情況。BootLoader程序可以用來更新程序A，而程序A又更新程序B，程序B可以更新程序A。最開始的時候想的是程序A、B都帶更新了干嘛還多此一舉，其實這個Bootloader還是需要的。如果之后程序A、B和FLAG三部分，假設(shè)一種情況，在程序B中更新程序A中遇到問題，復位后直接成磚，因為程序A在其實地址，上電直接運行程序A，而程序A現(xiàn)在出問題了，那就沒招了。所以加上BootLoader情況下，不管怎么樣BootLoader的程序是不會錯的，因為更新不會更新BootLoader，計時更新出錯了，還可以進入BootLoader重新更新應(yīng)用程序。我見也有另外一種設(shè)計方法的，就是應(yīng)用程序只有一個程序A，把程序B區(qū)域的flash當作緩存用，重啟的時候判斷B區(qū)域有沒有更新程序，有的話就把B拷貝到A，然后擦除B，我感覺這樣其實也一樣，反正不管怎么樣這部分空間是必須要預(yù)留出來的。
這里在keil中配置的只有起始地址和大小，并沒有結(jié)束地址，我這里也就不詳細計算了?？傮w就是這樣的。
2、Bootloader部分
BootLoader的任務(wù)有兩個，一是在串口中斷接收BIN的數(shù)據(jù)和主循環(huán)內(nèi)判斷以及更新APP1的程序，二是在在程序開始的時候判斷有沒有可用的用戶程序進而跳轉(zhuǎn)到用戶程序（程序A或者程序B）。
簡單介紹下執(zhí)行流程：
系統(tǒng)上電首先肯定是執(zhí)行BootLoader程序的，因為它的起始地址就是0x08000000，首先是初始化，然后判斷按鍵是否手動升級程序，按鍵按下了就把FLAG部分的APP標記寫成0xFFFF（這里用的宏定義方式），再執(zhí)行執(zhí)行App_Check()，否則就直接執(zhí)行App_Check()。
App_Check函數(shù)是來判斷程序A和程序B的，最開始BootLoader是用swd方式下載的，下載的時候全片擦除，所以會執(zhí)行主循環(huán)的Update_Check函數(shù)。此時串口打印出“等待接收APP1的BIN”，這個時候發(fā)送APP1的BIN過去，等接受完了，會寫在FLAG區(qū)域?qū)憘€0xAAAA，代表程序A寫入了，下次啟動可以執(zhí)行程序A。
主要代碼部分
#include "fy_includes.h" /* 晶振使用的是16M 其他頻率在system_stm32f10x.c中修改 使用printf需要在fy_includes.h修改串口重定向為#define PRINTF_USART USART1 */ /* Bootloader程序 完成三個任務(wù) 步驟1.檢查是否有程序更新，如果有就擦寫flash進行更新，如果沒有進入步驟2 步驟2.判斷app1有沒有可執(zhí)行程序，如果有就執(zhí)行，如果沒有進入步驟3 步驟3.串口等待接收程序固件 */ #define FLAG_UPDATE_APP1 0xBBAA #define FLAG_UPDATE_APP2 0xAABB #define FLAG_APP1 0xAAAA #define FLAG_APP2 0xBBBB #define FLAG_NONE 0xFFFF _loopList_s list1; u8 rxbuf[1024]; u8 temp8[2]; u16 temp16; u32 rxlen=0; u32 applen=0; u32 write_addr; u8 overflow=0; u32 now_tick=0; u8 _cnt_10ms=0; static void App_Check(void) { //獲取程序標號 STMFLASH_Read(FLASH_PARAM_ADDR, temp16,1); if(temp16 == FLAG_APP1)//執(zhí)行程序A { if(((*(vu32*)(FLASH_APP1_ADDR+4)) 0xFF000000)==0x08000000)//可執(zhí)行？ { printf(" 執(zhí)行程序A...rn"); IAP_RunApp(FLASH_APP1_ADDR); } else { printf(" 程序A不可執(zhí)行，擦除APP1程序所在空間...rn"); for(u8 i=10;i<35;i++) { STMFLASH_Erase(FLASH_BASE + i*STM_SECTOR_SIZE,512); } printf(" 程序A所在空間擦除完成... rn"); printf(" 將執(zhí)行程序B... rn"); if(((*(vu32*)(FLASH_APP2_ADDR+4)) 0xFF000000)==0x08000000)//可執(zhí)行？ { printf(" 執(zhí)行程序B...rn"); IAP_RunApp(FLASH_APP2_ADDR); } else { printf(" 程序B不可執(zhí)行，擦除APP2程序所在空間...rn"); for(u8 i=35;i<60;i++) { STMFLASH_Erase(FLASH_BASE + i*STM_SECTOR_SIZE,512); } printf(" 程序B所在空間擦除完成...rn"); } } } if(temp16 == FLAG_APP2)//執(zhí)行程序B { if(((*(vu32*)(FLASH_APP2_ADDR+4)) 0xFF000000)==0x08000000)//可執(zhí)行？ { printf(" 執(zhí)行程序B...rn"); IAP_RunApp(FLASH_APP2_ADDR); } else { printf(" 程序B不可執(zhí)行，擦除APP2程序所在空間... rn"); for(u8 i=35;i<60;i++) { STMFLASH_Erase(FLASH_BASE + i*STM_SECTOR_SIZE,512); } printf(" 程序B所在空間擦除完成... rn"); printf(" 將執(zhí)行程序A... rn"); if(((*(vu32*)(FLASH_APP1_ADDR+4)) 0xFF000000)==0x08000000)//可執(zhí)行？ { printf(" 執(zhí)行程序A...rn"); IAP_RunApp(FLASH_APP1_ADDR); } else { printf(" 程序A不可執(zhí)行，擦除APP1程序所在空間...rn"); for(u8 i=10;i<35;i++) { STMFLASH_Erase(FLASH_BASE + i*STM_SECTOR_SIZE,512); } printf(" 程序A所在空間擦除完成...rn"); } } } if(temp16 == FLAG_NONE) { printf(" 擦除App1程序所在空間...rn"); for(u8 i=10;i<35;i++) { STMFLASH_Erase(FLASH_BASE + i*STM_SECTOR_SIZE,512); } printf(" 程序A所在空間擦除完成...rn"); } } static void Update_Check(void) { if(_list.Get_CanRead( list1)>1) { _list.Read( list1, temp8,2);//讀取兩個數(shù)據(jù) temp16 = (u16)(temp8[1]<<8) | temp8[0]; STMFLASH_Write(write_addr, temp16,1); write_addr+=2; } if(GetSystick_ms() - now_tick >10)//10ms { now_tick = GetSystick_ms(); _cnt_10ms++; if(applen == rxlen rxlen)//接收完成 { if(overflow) { printf("接收溢出，無法更新,請重試 rn"); SoftReset();//軟件復位 } else { printf(" rn 接收BIN文件完成，長度為 %d rn",applen); temp16 = FLAG_APP1; STMFLASH_Write(FLASH_PARAM_ADDR, temp16,1);//寫入標記 temp16 = (u16)(applen>>16); STMFLASH_Write(FLASH_PARAM_ADDR+2, temp16,1); temp16 = (u16)(applen); STMFLASH_Write(FLASH_PARAM_ADDR+4, temp16,1); SoftReset();//軟件復位 } }else applen = rxlen;//更新長度 } if(_cnt_10ms>=50) { _cnt_10ms=0; Led_Tog(); if(!rxlen) { printf(" 等待接收App1的BIN文件 rn"); } } } int main(void) { NVIC_SetPriorityGrouping( NVIC_PriorityGroup_2); RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE); //開啟AFIO時鐘 GPIO_PinRemapConfig(GPIO_Remap_SWJ_JTAGDisable,ENABLE); //禁止JTAG保留SWD Systick_Configuration(); Led_Configuration(); Key_Configuration(); Usart1_Configuration(9600); USART_ITConfig(USART1, USART_IT_IDLE, DISABLE);//關(guān)閉串口空閑中斷 printf(" this is bootloader!rnrn"); if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_0) == SET) { Delay_ms(100); if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_0) == SET)//開機按下keyup進行更新 { printf(" 主動更新，"); temp16 = FLAG_NONE; STMFLASH_Write(FLASH_PARAM_ADDR, temp16,1); } else { } } App_Check(); printf(" 執(zhí)行BootLoader程序... rn"); _list.Create( list1,rxbuf,sizeof(rxbuf)); write_addr = FLASH_APP1_ADDR; while(1) { Update_Check(); } } //USART1串口中斷函數(shù) void USART1_IRQHandler(void) { if(USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) != RESET) { u8 temp = USART1->DR; if(_list.Write( list1, temp,1)<=0) { overflow=1; } rxlen++; } }
其中的宏：
//FLASH起始地址 #define STM32_FLASH_BASE 0x08000000 //STM32 FLASH的起始地址 #define FLASH_APP1_ADDR STM32_FLASH_BASE+0x2800 //偏移10K #define FLASH_APP2_ADDR STM32_FLASH_BASE+0x8c00 //偏移35K #define FLASH_PARAM_ADDR STM32_FLASH_BASE+0xF000 //偏移60K
3、程序A和程序B部分
這兩個都是用戶程序，這兩個程序都帶有更新程序功能，我這里用作測試的A和B程序大體都差不多，不同的地方就是程序A接收的BIN用來更新程序B，程序B接收的BIN用來更新A，還有就是中斷向量表便宜不同以及打印輸出不同。
應(yīng)用程序部分沒什么說的，程序A和B很類似，這里貼上A的代碼
#include "fy_includes.h"
/*
晶振使用的是16M 其他頻率在system_stm32f10x.c中修改
使用printf需要在fy_includes.h修改串口重定向為#define PRINTF_USART USART1
*/
/*
APP1程序
完成兩個任務(wù)
1.執(zhí)行本身的app任務(wù)，同時監(jiān)聽程序更新，監(jiān)聽到停止本身的任務(wù)進入到狀態(tài)2
2.等待接收完成，完成后復位重啟
*/
#define FLAG_UPDATE_APP1 0xBBAA
#define FLAG_UPDATE_APP2 0xAABB
#define FLAG_APP1 0xAAAA
#define FLAG_APP2 0xBBBB
#define FLAG_NONE 0xFFFF
_loopList_s list1;
u8 rxbuf[1024];
u8 temp8[2];
u16 temp16;
u32 rxlen=0;
u32 applen=0;
u32 write_flsh_addr;
u8 update=0;
u8 overflow=0;
u32 now_tick;
u8 _cnt_10ms=0;
static void Update_Check(void)
{
if(update)//監(jiān)聽到有更新程序
{
write_flsh_addr = FLASH_APP2_ADDR;//App1更新App2的程序
overflow=0;
rxlen=0;
_list.Create( list1,rxbuf,sizeof(rxbuf));
printf(" 擦除APP2程序所在空間...rn");
for(u8 i=35;i<60;i++)//擦除APP2所在空間程序
{
STMFLASH_Erase(FLASH_BASE + i*STM_SECTOR_SIZE,512);
}
printf(" 程序B所在空間擦除完成...rn");
while(1)
{
if(_list.Get_CanRead( list1)>1)
{
_list.Read( list1, temp8,2);//讀取兩個數(shù)據(jù)
temp16 = (u16)(temp8[1]<<8) | temp8[0];
STMFLASH_Write(write_flsh_addr, temp16,1);
write_flsh_addr+=2;
}
if(GetSystick_ms() - now_tick >10)//10ms
{
now_tick = GetSystick_ms();
_cnt_10ms++;
if(applen == rxlen rxlen)//接收完成
{
if(overflow)
{
printf(" rn 接收溢出，請重新嘗試 rn");
SoftReset();//軟件復位
}
printf(" rn 接收BIN文件完成，長度為 %d rn",applen);
temp16 = FLAG_APP2;
STMFLASH_Write(FLASH_PARAM_ADDR, temp16,1);//寫入標記
temp16 = (u16)(applen>>16);
STMFLASH_Write(FLASH_PARAM_ADDR+2, temp16,1);
temp16 = (u16)(applen);
STMFLASH_Write(FLASH_PARAM_ADDR+4, temp16,1);
printf(" 系統(tǒng)將重啟....rn");
SoftReset();//軟件復位
}else applen = rxlen;//更新長度
}
if(_cnt_10ms>=50)
{
_cnt_10ms=0;
Led_Tog();
if(!rxlen)
{
printf(" 等待接收App2的BIN文件 rn");
}
}
}//while(1)
}
}
static void App_Task(void)
{
if(GetSystick_ms() - now_tick >500)
{
now_tick = GetSystick_ms();
printf(" 正在運行APP1 rn");
Led_Tog();
}
}
int main(void)
{
SCB->VTOR = FLASH_APP1_ADDR;
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE); //開啟AFIO時鐘
GPIO_PinRemapConfig(GPIO_Remap_SWJ_JTAGDisable,ENABLE); //禁止JTAG保留SWD
Systick_Configuration();
Led_Configuration();
Usart1_Configuration(9600);
printf(" this is APP1!rn");
Delay_ms(500);
while(1)
{
Update_Check();
App_Task();
}
}
//USART1串口中斷函數(shù)
void USART1_IRQHandler(void)
{
if(USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) != RESET)
{
u8 temp = USART1->DR;
if(update)
{
if(_list.Write( list1, temp,1) <= 0 )
{
overflow = 1;
}
}
else
{
rxbuf[rxlen] = temp;
}
rxlen++;
}
if(USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_IDLE) != RESET)
{
u8 temp = USART1->DR;
temp = USART1->SR;
if(strstr((char *)rxbuf,"App Update") rxlen)
{
update=1;
USART_ITConfig(USART1, USART_IT_IDLE, DISABLE);//關(guān)閉串口空閑中斷
}
else
{
Usart1_SendBuf(rxbuf,rxlen);
}
rxlen=0;
}
}
這里如果要移植需要注意的就是向量表的偏移以及更新擦寫的區(qū)域。
4、剩余的4Kflash空間部分
這里其實只是用來存儲2個變量，一個是程序運行標記，一個是接收到的程序長度，程序標記還有點把子用，程序長度其實要不要都無所謂。
5、遇到的坑
最值得一說的就是更新部分，最開始程序沒有加入擦除flash，遇到的情況就是下載完BootLoader后發(fā)送app1沒問題，在app1中更新App2也沒問題，然后app2再更新app1就出問題了。直觀的結(jié)果就是循環(huán)隊列溢出，原因就是app2在更新app1前沒有去擦除app1所在的flash，所以在寫的時候就要去擦除，這樣就寫的很慢，然而串口接收是不停的收，所以就是寫不過來。
審核編輯：彭菁
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基于STM32的串口環(huán)形隊列IAP調(diào)試心得
使用環(huán)形隊列，簡單點說就是個環(huán)形數(shù)組，一邊接收上位機數(shù)據(jù)，一邊往flash里面寫。
發(fā)表于 02-08 15:22
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STM32進階之串口環(huán)形緩沖區(qū)實現(xiàn)
碼代碼的應(yīng)該學數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)都學過隊列。環(huán)形隊列是隊列的一種特殊形式，應(yīng)用挺廣泛的。因為有太多文章關(guān)于這方面的內(nèi)容，理論知識可以看別人的，下面寫得挺好的：
發(fā)表于 12-06 10:00
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嵌入式環(huán)形隊列與消息隊列的實現(xiàn)原理
嵌入式環(huán)形隊列，也稱為環(huán)形緩沖區(qū)或循環(huán)隊列，是一種先進先出（FIFO）的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用于在固定大小的存儲區(qū)域中高效地存儲和訪問數(shù)據(jù)。其主要特點包括固定大小的數(shù)組和兩個指針（頭指針和尾指針
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