例程获取

可以通过访问官方网站www.st.com获取示例代码和应用笔记
示例代码：x-cube-iap-usart
应用笔记：an4657

同时本文涉及的所有资料可以从此下载：
链接：https://pan.baidu.com/s/19nKPc_oOyRZCTfaNKTNHbw
提取码：q0ge

工程文件结构

主要就两个文件夹：Drivers和Projects，前者是HAL库的驱动文件和示例开发板BSP包，后者是示例工程，有F1、L0、L4这三个系列单片机开发板的示例，可惜没有我手头的stm32g412dicovery开发板的例程，所以后面要手动移植。Bootloader主要使用到了USART和CRC外设，前者用于用户交互和文件传输，后者用于文件校验。Projects中包含两个文件夹：IAP_Main和IAP_Binary_Template，前者是bootloader的实现（主要研究对象），后者是用户app模板。
IAP_Main包含了bootloader的主要实现文件和适配IDE的工程，工程文件没什么好说的，主要需要分析的源代码文件如下：

main.c main.h : 主函数入口，进行外设和HAL库初始化，调用bootloader或跳转用户程序；
menu.c menu.h : 命令行菜单实现
ymodem.c ymodem.h : ymodem文件传输协议实现
flash_if.c flash_if.h : FLASH读写函数
common.c common.h : 一些通用的函数和宏定义，主要在menu.c和ymodem.c中调用

文件之间的调用关系大致如下：

在这里插入图片描述

移植到stm32g412discovery开发板

我是参考了STM32L476G_EVAL的例程进行移植，事实证明，还是使用同为F系列的另一份例程工程移植更省事点。

直接使用STM32CubeMX生成一份stm32f412zgt6的初始化工程，使用内部时钟。将前面提到的那些主要文件添加进工程
使能stm32f4xx_hal_conf.c文件中的CRC和UART这两个模块，并将对应的.c文件加入工程；替换头文件，将stm32l4xx.h替换为stm32f4xx.h；
COPY文件mian.c与main.h中的内容并修改适配开发板；重新实现main函数中的BSP_PB_Init和BSP_PB_GetState用于初始化按钮检测和获取按钮状态，这里我直接使用了官方提供的stm32412g开发板的BSP包改了改；根据情况修改IAP_Init函数，这个函数主要用于初始化串口和CRC外设，我这里根据开发板情况将串口初始化为了UART2以使用板载stlink的虚拟串口，同时由于stm32F4系列的CRC外设并不支持Ymodem协议使用的CRC16校验计算，这里可以去除相关的初始化代码，后面在校验时使用软件校验；
根据报错信息修改其他文件，我这边碰到的情况是common.c/.h文件有少量报错，flash_if.c/.h报错很多，毕竟型号不同，内部flash的分区方式有特别大的差异。下图左侧是stm32l4xx的FLASH分布，右侧是stm32f412的FLASH分布。

这里有个建议，建议修改flash_if.c中的接口时参考例程中的STM3210C_EVAL工程，一开始应该基于此工程做移植的，真是失算。
在修改flash_if.c中的Option bytes读写函数时有一个让我很疑惑的地方，按照打印信息，在更新完Option bytes设置后系统应该reset，可是实际没有，而且demo中没有在修改Option bytes后重新读取更新（可能是demo编写人员认为系统会reset所以不需要进行更新？），导致显示的菜单和实际状况不符，在menu.c中执行完对应功能后添加更新语句解决这个问题，如下图。

还有一个地方需要注意，demo原本的FLASH写入函数FLASH_If_Write在写入FLASH时使用的是DOUBLEWORD模式，不知道为什么在F412上非常容易导致写入错误返回HAL_ERROR，将写入模式改为WORD模式后解决了这个问题，不过这也导致写入速度有所下降，修改对比的代码如下所示：

移植完成后，FLASH的内部控件分配为：
Sector0~Sector1 : bootloader空间
Sector2~Sector10 : 用户程序空间
Sector11 : 空闲未使用（可以用于用户程序存储一些配置信息等）
最后还需要修改Ymodem.c文件中的ReceivePacket函数，将其使用硬件计算CRC的部分替换为软件计算，例程已经提供一个计算用函数Cal_CRC16，直接调用就行。

使用方法

关于用户程序的编译需要注意两点：

根据flash_if.h中设置的用户程序起始地址来调整链接时的链接地址，使用IAR和Keil可以直接设置，使用GCC需要直接修改链接文件，方法就不说了，网上一大把；
修改中断向量表的偏移，否则中断跳转会有问题，如果使用的是HAL库，修改system_stmf4xx.c中的宏定义VECT_TAB_OFFSET。

关于命令交互：

官方应用笔记AN4657中推荐使用的终端工具为Tera Term，试了一下实在是太难用了，我自己测试时用的是SecureCRT，使用方法大同小异。参考应用笔记就是了。注意传输的文件为.bin结尾的二进制文件，传输.hex文件是不行的，一般IDE都有生成.bin文件的选项。

关键代码分析

用户程序跳转

在这里插入图片描述

以上是demo中的用户程序跳转代码，根据stm32程序的结构可知，程序起始地址存的是SP堆栈起始地址，由于stm32的堆栈位于以地址0x20000000为起始的SRAM中，对于SRAM大小为128K的STM32L476来说，SP起始地址可能的数值为0x20000000到0x2001FFFF，if中的比较语句即为比较程序起始地址存的SP堆栈起始地址是否在SRAM的地址范围内，从而判断用户程序是否存在。0x2FFE0000这个值为0x2FFFFFFF-0x2001FFFF所得，所以这个值也应该根据实际得SRAM内存大小而进行修改。

if里面的跳转就比较简单了，程序起始地址偏移4字节里存的是系统复位向量的地址，也就是第一条需要执行的指令的地址，在调用__set_MSP设置好MSP堆栈指针后，直接像调用函数一样跳转到第一条指令执行即可，实际是将PC指针指向了这里。

用户程序下载流程

用户在菜单中选择1来进行程序下载，当用户做出选择，程序内部的函数调用链如下：
在这里插入图片描述

最终实际进行程序数据包接收工作的是函数Ymodem_Receive，只要数据传输没有出现错误并且文件未接收完成，其会不断调用函数ReceivePacket接收Ymodem协议传输的数据包并进行解析，并根据处理结果进行回应。

用户程序下载过程中的总体Ymodem通讯流程如下所示，这里只给出正常时的流程，去除了校验错误、FLASH写入错误等异常处理流程。
在这里插入图片描述

给出一篇博客用于进一步了解Ymodem，当然如果有空闲想全面了解，读官方的文档更佳
博客：https://blog.csdn.net/huangdenan/article/details/103611081

用户程序上传流程

暂时用不到，不分析。目前移植后的上传功能是有问题的，简单读了下代码，此demo上传用户程序时会将用户区的所有内容全部上传，而不是上传实际的程序所占大小，感觉实用价值不大，就不折腾了，哪天我用上了再回来补这一章节。

结语

官方的这个demo怎么说呢，不能算写的很好，差强人意吧，我严重怀疑程是不是外包出去的。这个例程用来学习可以，程序传输、FLASH烧写、跳转，bootloader的基本功能有了，但是想真在工作中使用，还是自己写一套更靠谱，毕竟代码量也不大，写起来花不了多少时间。我还是决定花点时间自己写一个出来。
关于bootloader还有一些其他方面值得研究：