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基于STM32实现OTABootLoader 第三章——构建BootLoader程序

news 2026/5/11 19:18:18

参考教程：https://www.bilibili.com/video/BV1SatHeBEVG/?spm_id_from=333.1387.favlist.content.click

一、分区跳转功能实现

1、规划AB分区参数

（1）STM32F103C8T6的Flash容量是64KB，一个扇区的大小为1KB，则扇区的编号为0~63。

（2）首先对Flash的空间做一个初步的规划，B区占用20KB（0~19号扇区），A区占用44KB（20~63号扇区）。

（3）在User组中添加main.h文件，用于存放BootLoader相关及其它的比较重要的宏定义等内容。

#ifndef __MAIN_H #define __MAIN_H #define STM32_FLASH_SADDR 0x08000000 //FLASH程序区起始地址 #define STM32_PAGE_SIZE 1024 //FLASH一个扇区的字节数 #define STM32_PAGE_NUM 64 //FLASH的扇区数（页数） #define STM32_B_PAGE_NUM 20 //B区所占页数 #define STM32_A_PAGE_NUM STM32_PAGE_NUM-STM32_B_PAGE_NUM //A区所占页数 #define STM32_A_STAET_PAGE STM32_B_PAGE_NUM //A区第一个扇区的编号 #define STM32_A_SADDR STM32_FLASH_SADDR + STM32_A_STAET_PAGE * STM32_PAGE_SIZE //A区起始地址 #endif

2、OTA Flag的定义、读取及判定

（1）OTA Flag的定义：

①在main.h文件中定义OTA信息相关结构体，其中包含成员OTA Flag。

#define OTA_SET_FLAG 0xAABB1122 //FLAG为该值时代表OTA Flag置位 typedef struct{ uint32_t OTA_Flag; }OTA_InfoCB; extern OTA_InfoCB OTA_Info;

②在main.c文件中定义OTA信息相关结构体变量。

OTA_InfoCB OTA_Info;

（2）在AT24C02.c文件中增加读取OTA信息相关结构体的函数，并在AT24C02.h文件中声明。OTA信息相关结构体存储在AT24C02地址为0的地方。

①AT24C02.c文件增加内容：（使用memset函数需包含string.h文件）

void AT24C02_ReadOTAInfo(void) { memset(&OTA_Info, 0, sizeof(OTA_InfoCB)); //将OTA_Info整块内存空间清零 AT24C02_ReadData(0, (uint8_t *)&OTA_Info, sizeof(OTA_InfoCB)); //读出OTA_Info内容 }

②AT24C02.h文件增加内容：

void AT24C02_ReadOTAInfo(void);

（3）在Hardware组中添加Boot.c文件和Boot.h文件，并编写判定OTA Flag的逻辑。

①Boot.c文件：

#include "stm32f10x.h" // Device header #include "main.h" #include "Serial.h" #include "Boot.h" void BootLoader_Branch(void){ if(OTA_Info.OTA_Flag == OTA_SET_FLAG){ Serial_Printf("OTA更新\r\n"); } else{ Serial_Printf("跳转A分区\r\n"); } }

②Boot.h文件：

#ifndef __BOOT_H #define __BOOT_H void BootLoader_Branch(void); #endif

3、跳转A分区前的工作

（1）Corte-M3处理器拥有R0‐R15的寄存器组，其中R13作为堆栈指针SP。SP有两个，但在同一时刻只能有一个可以看到，这也就是所谓的“banked”寄存器。

①R0~R12都是32位通用寄存器，用于数据操作。

②Cortex-M3拥有两个堆栈指针，然而它们是banked，因此任一时刻只能使用其中的一个。

主堆栈指针（MSP）：复位后缺省使用的堆栈指针，用于操作系统内核以及异常处理例程（包括中断服务例程）

进程堆栈指针（PSP）：由用户的应用程序代码使用

③当呼叫一个子程序时，由R14存储返回地址。

④R15指向当前的程序地址，如果修改它的值，就能改变程序的执行流。

（2）运行B区的程序时，通用寄存器中会保存一些数据用于BootLoader程序，如果要从B区跳转到A区，那么本次单片机上电循环内，不会再返回运行BootLoader程序，也就是说，从B区跳转到A区时，可以直接舍弃B区在通用寄存器中保存的数据、SP指针、PC指针以及R14中保存的返回地址，不需要“保存现场”。

（3）当指令指针跳转到A区时，对于A区的程序而言相当于按下了复位按键，在进入A区程序的main函数以前，会先运行__main函数对通用寄存器进行初始化，所以不需要再去手动初始化通用寄存器。

（4）实际上，前面说“单片机上电/复位后总是从Flash的起始位置开始运行”，这个说法并不准确，上电/复位后，CPU首先从内存的固定位置（即向量表的起始地址）获取两样东西，先设置好主堆栈指针（MSP），再拿到复位中断服务函数的入口地址（Reset_Handler），然后跳转过去执行，所以，当指令指针跳转到A区时，实际上并非真正意义上的复位，应仿照按下复位按键的逻辑，手动设置SP指针和PC指针的初始值。

①如果不人为干预，向量表将存放在Flash的起始位置，这是默认没有BootLoader程序的情况，如果有BootLoader程序，那么A区程序的向量表应该存放在A区的起始位置（0x08005000）。

②向量表的第一个成员__initial_sp就是SP指针的初始值，初始值为多少取决于编译结果，而编译结果则取决于程序中设置了多少全局变量等。无论SP指针的初始值为多少，它都是可以通过一段固定代码访问到的（也就是存放的位置固定，为0x08005000），那么从B区跳转到A区时，可以读出此值，并赋给SP指针，以完成初始值的设置。

③向量表的第二个成员Reset_Handler就是PC指针的初始值，同样的，无论PC指针的初始值为多少，它都是可以通过一段固定代码访问到的（也就是存放的位置固定，为0x08005004），那么从B区跳转到A区时，可以读出此值，并赋给PC指针，以完成初始值的设置。

（5）在BootLoader中初始化了一些外设，在将“运行权”交给A区应用功能程序前，BootLoader应当将使用过的外设恢复为默认状态，若A区应用功能程序需要使用这些外设，则由A区应用功能程序重新初始化。

4、无OTA事件时的分区跳转实现

（1）在STM32中，若需要直接访问寄存器，须通过汇编指令。在Boot.c文件中封装函数，负责初始化跳转A区后的SP指针。

__asm void MSR_SP(uint32_t addr) { MSR MSP, r0 BX r14 //主调函数返回，相当于return语句 } //进入该函数后，函数的第一个形参addr会存在通用寄存器R0中，汇编指令仅支持访问寄存器，不支持访问变量

（2）编写将使用过的外设恢复为默认状态的函数。

①在Boot.c文件中定义外设恢复默认状态函数。

void BootLoader_Clear(void) { USART_DeInit(USART1); GPIO_DeInit(GPIOA); GPIO_DeInit(GPIOB); }

②在Boot.h文件中声明刚刚定义的函数。

void BootLoader_Clear(void);

（3）由于无法直接修改PC寄存器的值，需要定义指向函数的指针，指针指向A区程序的复位向量，调用该函数指针，就相当于调用子函数，从而间接修改PC寄存器的值。

①在Boot.c文件中定义函数指针并封装函数，负责初始化跳转A区后的SP指针和PC指针。

load_a load_A; //函数指针 void LOAD_A(uint32_t addr) { /* 先判断addr索引得到的__initial_sp是否在RAM的地址范围中，是则对SP指针和PC指针赋初始值 */ if((*(uint32_t *)addr >= 0x20000000)&&((*(uint32_t *)addr <= 0x20004FFF))) { MSR_SP(*(uint32_t *)addr); //对SP指针赋初始值 load_A = (load_a)(*(uint32_t *)(addr + 4)); //取出复位中断服务函数的地址 BootLoader_Clear(); //恢复外设默认状态 load_A(); //直接访问复位中断服务函数，修改PC指针 } }

②在Boot.h文件中重命名void类型的函数指针，并声明刚刚定义的函数。

typedef void (*load_a)(void); __asm void MSR_SP(uint32_t addr); void LOAD_A(uint32_t addr);

③更新BootLoader_Branch函数，判断无OTA事件时调用跳转A分区的子函数。

void BootLoader_Branch(void) { if(OTA_Info.OTA_Flag == OTA_SET_FLAG) { Serial_Printf("OTA更新\r\n"); } else { Serial_Printf("跳转A分区\r\n"); LOAD_A(STM32_A_SADDR); } }

5、功能开发阶段性调试

（1）在main.c文件中添加如下调试代码。

#include "stm32f10x.h" // Device header #include "Serial.h" #include "MyDMA.h" #include "Delay.h" #include "MyI2C.h" #include "W25Q64.h" #include "AT24C02.h" #include "MyFLASH.h" #include "main.h" #include "Boot.h" OTA_InfoCB OTA_Info; int main(void) { /*串口模块初始化*/ Serial_Init(); U0Rx_PtrInit(); MyDMA_Init(); /*AT24C02模块初始化*/ MyI2C_Init(); /*W25Q64模块初始化*/ W25Q64_Init(); AT24C02_ReadOTAInfo(); //读取OTA Flag BootLoader_Branch(); while (1) { } }

（2）本章构建的工程是B分区的程序，A分区的程序需要另外准备。

①选择一个古早开发的成熟工程，按照下图所示将起始地址更改为0x08005000。

②将向量表偏移字段由0x0更改为0x5000（注意是偏移量，应为相对于Flash起始地址的差值）。

（3）依次将A分区程序和B分区程序下载到单片机中，理想情况下，串口助手输出“跳转A分区”字样，A分区程序随后开始运行。