从零开始手写BootLoader–STM32L073/IAR/HAL库
一、测试平台：
MCU：STM32L073V8T6(Cortex-M0+)
固件库：HAL+STM Cube
IDE：IAR For STM32
二、实验目的
使用BootLoader通过串口将程序bin文件烧录至单片机内，然后跳转到烧录位置运行程序。
三、基础知识
STM32L073V8T6的启动方式有三种：内置FLASH启动、内置SRAM启动、系统存储器ROM启动，通过BOOT0和BOOT1引脚的设置可以选择从哪中方式启动，这里选择内置的FLASH启动。
四、准备
1 基础功能代码：使用STMCube代码生成器生成，在本实验中开启按键输入、LED引脚与串口4，配置时钟为MSI(4.194MHz)。此部分代码不予演示。
2 App程序：用户最终使用的应用程序（以下用App代替），复位后LED点亮，在while中循环发送字符串。
#define CODE_OFFSET 0x8000
int main(void)
{
__disable_irq();
SCB->VTOR = FLASH_BASE | CODE_OFFSET ;
__enable_irq();
HAL_Init();
System_HSIClock_Config();
System_Port_Config();
HAL_UART_Receive_IT(&huart4,&Uart4_RX_Char,1);
while(1)
{
char str[] = "test\r\n";
HAL_UART_Transmit(&huart4,str,strlen(str),1000);
HAL_Delay(500);
LED_Pulse;
}
}
相较于普通程序，App程序需要做以下两点修改
(1)在程序的起始阶段重定位中断向量表
__disable_irq();//关闭全局中断，若未关闭，此时BootLoader程序仍可产生中断，会发生意想不到的错误
SCB->VTOR = FLASH_BASE | CODE_OFFSET ;//设置中断向量的偏移，使得中断能够跳转到正常的位置
__enable_irq();//开启全局中断
(2)在IAR中配置烧录位置
这里将烧录位置设置为0x0800 8000
编译生成bin文件
3 BootLoader程序：引导App程序运行。
五、BootLoader
1 分配程序空间
通过芯片手册得知STM32L073V8T6内部flash为64K
注意：这里的参考手册给出的是L0x3系列flash空间的最大值，需要再查具体芯片的型号规格，如果意外写入到错误的地址，程序崩溃。
本次实验使用的是STM32L073V8T6芯片，使用者可根据芯片型号的不同自行定义flash空间。
可以看到flash的地址空间为0x8000 0000~0x8000 FFFF（32K）。
接下来是重要的一步：定义App的烧录位置。此时一定需要确保BootLoader程序的代码不能和App程序冲突。烧录位置需要根据BootLoader程序的大小进行确定，这里仅仅为了方便起见将flash均分为两个32K空间，实际使用时需要根据BootLoader程序的大小灵活调整。
#define FLASH_USER_START_ADDR 0x08008000 /* Start @ of user Flash area */
#define FLASH_USER_END_ADDR 0x0800FFFF /* End @ of user Flash area */
初始化
HAL_Init();
//开时钟
System_HSIClock_Config();
//开串口
MX_USART4_UART_Init();//这里使用USART4
串口中断回调函数
uint8_t Uart4_RX_Char;//接收字节缓存
__no_init u8 USART_RX_BUF[10240]@0X20002000;//将接收缓存地址指定为片内SRAM（20K），如果需要从SRAM启动则跳转到该位置即可（注意SRAM起始地址为0x2000 0000，同样需要设置偏移地址以使得代码不冲突）
u16 USART_RX_STA=0; //接收状态标记
u32 USART_RX_CNT=0; //接收的字节数
void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{
if(huart->Instance==USART4)//如果是串口1
{
USART_RX_CNT++;//保存总共接收了多少个字节
USART_RX_BUF[USART_RX_STA]=Uart4_RX_Char ;
USART_RX_STA++;//缓冲区当前位置
if(USART_RX_STA>(USART_REC_LEN-1))
USART_RX_STA=0;//接收数据错误,重新开始接收
HAL_UART_Receive_IT(&huart4,&Uart4_RX_Char,1);
}
}
从SRAM将代码复制到片内flash
void Write_Flash(uint32_t address, uint8_t *pData,uint32_t length)
{
uint32_t Address = 0, PAGEError = 0;
uint32_t* ptr32;
Address = address;
EraseInitStruct.TypeErase = FLASH_TYPEERASE_PAGES;
EraseInitStruct.PageAddress = FLASH_USER_START_ADDR;
EraseInitStruct.NbPages = ((FLASH_USER_END_ADDR - FLASH_USER_START_ADDR) / FLASH_PAGE_SIZE);
HAL_FLASH_Unlock();
if (HAL_FLASHEx_Erase(&EraseInitStruct, &PAGEError) != HAL_OK)
{
while (1)
{
}
}
ptr32 = (uint32_t*)pData;
while (Address < address +length)
{
data32 = (uint32_t)*ptr32;
if (HAL_FLASH_Program(FLASH_TYPEPROGRAM_WORD, Address, data32) == HAL_OK)
{
Address = Address + 4;
ptr32++;
}
else
{
while (1)
{
}
}
}
HAL_FLASH_Lock();
}
这里注意写flash是以u32类型写入的（FLASH_TYPEPROGRAM_WORD），即4个字节，需要指针转换操作（data32 = (uint32_t)*ptr32;），每写一次地址+4（Address = Address + 4;），由于ptr32已经是u32指针，+1即可（ptr32++;）。
程序跳转
typedef void (*iapfun)(void); //定义一个函数类型的参数.
void iap_load_app(u32 appxaddr)
{
if(((*(vu32*)appxaddr)&0x2FFE0000)==0x20000000)//检查栈顶地址是否合法.
{
jump2app=(iapfun)*(vu32*)(appxaddr+4); //用户代码区第二个字为程序开始地址(复位地址)
__set_MSP(*(__IO uint32_t*) appxaddr); //初始化APP堆栈指针(用户代码区的第一个字用于存放栈顶地址)
jump2app(); //跳转到APP.
}
}
根据<<Cortex-M0权威指南>>，修改栈顶和跳转函数入口地址
主函数
#define KEY0 HAL_GPIO_ReadPin(KEY1_GPIO_Port,KEY1_Pin)
#define KEY0_PRES 1
void Write_Flash(uint32_t address, uint8_t *pData,uint32_t length);
u8 key;
u8 KEY_Scan(u8 mode)//按键检测函数
{
static u8 key_up=1; //按键松开标志
if(mode==1)
key_up=1; //支持连按
if(key_up&&(KEY0==0))
{
HAL_Delay(1);
key_up=0;
if(KEY0==0)
return 1;
}
else
key_up=1;
return 0; //无按键按下
}
int main(void)
{
HAL_Init();
//开时钟
System_HSIClock_Config();
//开串口
System_USART4_Init();
USART_SendString(&huart4,"Warship STM32\r\n",strlen("Warship STM32\r\n"));
USART_SendString(&huart4,"IAP TEST\r\n",strlen("IAP TES\r\nT"));
while(1)
{
key=KEY_Scan(0);
if(key==KEY0_PRES)//按键按下后执行跳转
{
USART_SendString(&huart4,"开始执行用户代码!!\r\n",strlen("开始执行用户代码!!\r\n"));
Write_Flash(FLASH_APP1_ADDR,USART_RX_BUF,USART_RX_CNT);
iap_load_app(FLASH_APP1_ADDR);//SRAM地址
}
}
}
工作流程
1 将BootLoader程序烧录至单片机中
2 上电启动
3 使用串口工具向单片机发送App程序的bin文件
4 按下按键，程序跳转到App程序中执行
关键点
1 根据芯片手册、App文件大小、BootLoader文件大小计算计算各个部分在flash、SRAM中占用的空间
2 使用串口下载App的bin文件至SRAM区域
3 将SRAM中的文件搬运至片内flash中
4 跳转到App的flash中运行
总结
本程序只是实现了最简单的程序下载、烧录、跳转，用户可根据自身需求做出修改，其他的附加功能如擦除、校验、选择启动方式、下载位置等功能待完善。
参考
正点原子IAP实验程序
HAL库官方例程
《Cortex-M0权威指南》
《STM32L0x3参考手册》
https://www.cnblogs.com/wanghuaijun/p/7810182.html