STM32單片機(jī)Bootloader的實(shí)現(xiàn)

之前一篇的文章中，主要介紹了STM32的啟動(dòng)流程和內(nèi)存主要空間的分配，這篇文章將在上一篇文章的基礎(chǔ)上，來(lái)闡述一下STM32 Bootloader的實(shí)現(xiàn)。

STM32的內(nèi)存劃分

前面文章我們說(shuō)了，STM32上電后會(huì)從0x08000000地址處開(kāi)始運(yùn)行，因此，如果我們想要使得STM32在上電之處直接進(jìn)入進(jìn)Bootloader，那么其內(nèi)存的起始地址必須要從0x08000000處開(kāi)始。這一步是由單片機(jī)的硬件所決定的，無(wú)法通過(guò)軟件干預(yù)。

因此，在我們使用Keil軟件設(shè)計(jì)STM32 Bootloader的時(shí)候，一定要在Keil的工程中設(shè)置這個(gè)地址，當(dāng)然，如果你不設(shè)置也沒(méi)關(guān)系，因?yàn)镵eil默認(rèn)就是將單片機(jī)的軟件編譯到此地址的。如圖1所示。

圖1 Keil上電起始地址的設(shè)置

另外在說(shuō)一點(diǎn)，起始地址右邊的Size我們也需要關(guān)注下，因?yàn)檫@個(gè)參數(shù)會(huì)影響到后續(xù)的內(nèi)存空間分配。

好了，接下來(lái)假設(shè)我們有一塊Flash容量為64KB的芯片，我們來(lái)為其劃分一下內(nèi)存空間。我們來(lái)計(jì)算下它的地址范圍為多少。

起始地址不需要多說(shuō)，就是0x08000000。

64K的地址空間該怎么算呢？這個(gè)其實(shí)是一個(gè)進(jìn)制轉(zhuǎn)換的問(wèn)題，我們知道，在十進(jìn)制中，1KB=1024個(gè)字節(jié)，而我們計(jì)算機(jī)中的一個(gè)字節(jié)就是一個(gè)地址單元，因此只要要使用64KB*1024就可以得出有多少個(gè)（十進(jìn)制）地址單元了。又由于計(jì)算機(jī)中的地址都是按照十六進(jìn)制編碼來(lái)排列的，所以還需要將這個(gè)十位數(shù)的地址空間轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制，這個(gè)地址空間就是0x10000。注意，以上這個(gè)0x10000指的是地址空間，指明64K Flash中有0x10000個(gè)字節(jié)的存儲(chǔ)單元，而我們的內(nèi)存地址又是從0開(kāi)始計(jì)算的，因此最終的地址范圍就是0x08000000~0x08010000。

計(jì)算出以上的地址范圍之后，我們就需要對(duì)其來(lái)劃分功能區(qū)了，首先假設(shè)我們的Bootloader不帶OTA（On The Air）升級(jí)功能，因此整個(gè)內(nèi)存空間至少要?jiǎng)澐殖蓛蓚€(gè)部分，第一個(gè)部分是從0x08000000起始的Bootloader區(qū)域，假設(shè)長(zhǎng)度為X，第二個(gè)部分是緊接著（當(dāng)然也可以不僅接著）Bootloader區(qū)域的應(yīng)用區(qū)域，其地址范圍為0x08000000 + X，其長(zhǎng)度為Y。

這個(gè)地址的劃分可以現(xiàn)根據(jù)Bootloader最終編譯的大小進(jìn)行動(dòng)態(tài)改變，不過(guò)需要注意的是，STM32內(nèi)存劃分要以半頁(yè)為最小單位，因?yàn)樵趯?duì)Flash編程時(shí)，都是按照半頁(yè)來(lái)擦除的，所以如果你的程序不按照半頁(yè)來(lái)對(duì)齊，那么擦出的時(shí)候就會(huì)很尷尬，半頁(yè)=32個(gè)字=128個(gè)字節(jié)。

基于上述原因，我們暫定STM32中，前10K地址存放Bootloader程序，后面的地址，存放應(yīng)用，如圖2所示。

圖2 STM32內(nèi)存劃分

Bootloader代碼設(shè)計(jì)

Bootloader這個(gè)東西，對(duì)于我們來(lái)說(shuō)是一個(gè)特殊的程序，但是對(duì)于計(jì)算機(jī)來(lái)說(shuō)，它和千千萬(wàn)萬(wàn)的普通程序沒(méi)有任何差別，因此我們也需要對(duì)這個(gè)程序進(jìn)行初始化，你可以設(shè)置時(shí)鐘，設(shè)置串口或者CAN總線資源等。這些都是必須要進(jìn)行的，我們文中就不討論。

比較重要的需要討論的一點(diǎn)是跳轉(zhuǎn)程序，因?yàn)锽ootloader除了完成一些額外的不適宜在應(yīng)用中完成的工作之外，最重要的一點(diǎn)就是程序跳轉(zhuǎn)，即“JampToApp()”。所謂的程序跳轉(zhuǎn)，那么程序跳轉(zhuǎn)該怎么實(shí)現(xiàn)呢？

思考下，跳轉(zhuǎn)最終就是通過(guò)Bootloader跳轉(zhuǎn)到APP的地址處，在C語(yǔ)言中和跳轉(zhuǎn)直接相關(guān)的便是指針了，因此既能保證跳轉(zhuǎn)到某個(gè)地址，又能保證是類似于函數(shù)能被運(yùn)行的，就只有“指向函數(shù)的指針“這一項(xiàng)了。沒(méi)錯(cuò)，Bootloader的“JampToApp()”操作就是一個(gè)函數(shù)指針，只需要獲知APP區(qū)的地址，就可以進(jìn)行跳轉(zhuǎn)了。

我們?cè)谏弦还?jié)中以及指定了APP的地址就是0x08002800，那么是否只要跳轉(zhuǎn)到這個(gè)地址就可以了呢？答案當(dāng)然是否定的，因?yàn)槲覀冎罢f(shuō)過(guò)，STM32內(nèi)存空間最起始的4個(gè)字節(jié)地址，存放的是棧頂指針，因此我們需要跳轉(zhuǎn)到0x08002800+4的地址處。

在跳轉(zhuǎn)的過(guò)程中，關(guān)閉中斷等工作也是必須的，具體代碼如圖3所示。

圖3 Bootloader中的跳轉(zhuǎn)程序

上面代碼中，有一個(gè)自定義的“TYP_drcPtr”類型，它起始只是一個(gè)void類型。

typedef?void?(*TYP_drcPtr)(void);?//Define?the?jump?pointer

跳轉(zhuǎn)問(wèn)題解決了，接下來(lái)的問(wèn)題就是何時(shí)跳轉(zhuǎn)？

這個(gè)何時(shí)跳轉(zhuǎn)很重要，我建議在程序的一開(kāi)始，初始化Systemclock之前就去判斷和跳轉(zhuǎn)，因?yàn)镾TM32如果你在Bootloader中初始化了Systemclock之后，再去APP區(qū)初始化，會(huì)造成硬件錯(cuò)誤，因此我建議大家在設(shè)計(jì)Bootloader的時(shí)候，程序一開(kāi)始就是去檢測(cè)能否滿足跳轉(zhuǎn)條件，滿足了立馬跳，不滿足再去執(zhí)行硬件的初始化程序。如圖4所示。