如何實現(xiàn)MCU開發(fā)和OTA升級

本文以依托 GC211 和秉火開發(fā)板，講述如何實現(xiàn)MCU開發(fā)和OTA升級。 用戶如果將開發(fā)了的產(chǎn)品發(fā)布上線銷售，后期需要更新固件和程序，就需要用到遠(yuǎn)程OTA固件升級，就能對已發(fā)布的產(chǎn)品進(jìn)行遠(yuǎn)程升級。 01 硬件材料 1.機(jī)智云4G模組GC211，此模組采用中移模組ML302，支持網(wǎng)絡(luò)，移動，聯(lián)通，電信4G網(wǎng)絡(luò)，可前往機(jī)智云官方和淘寶店鋪購買。https://shop159680395.taobao.com/ 2.秉火【F103開發(fā)板-指南者】

02 云端開發(fā)

2.1、云端部署
創(chuàng)建新產(chǎn)品，可根據(jù)自己需求選擇。

添加如下數(shù)據(jù)點，可根據(jù)自己需求

生成STM32F103代碼下載備用 03 硬件部分說明 3.1 關(guān)于STM32啟動 ARM7/ARM9 內(nèi)核的控制器在復(fù)位后，CPU 會從存儲空間的絕對地址0x000000 取出第一條指令執(zhí)行復(fù)位中斷服務(wù)程序的方式啟動，即固定了復(fù)位后的起始地址為0x000000（PC =0x000000）同時中斷向量表的位置并不是固定的。 然而，Cortex-M3 內(nèi)核啟動有3 種情況： 1、通過boot 引腳設(shè)置可以將中斷向量表定位于SRAM 區(qū)，即起始地址為0x2000000，同時復(fù)位后PC 指針位于0x2000000 處; 2、通過boot 引腳設(shè)置可以將中斷向量表定位于FLASH 區(qū)，即起始地址為0x8000000，同時復(fù)位后PC 指針位于0x8000000 處; 3、通過boot 引腳設(shè)置可以將中斷向量表定位于內(nèi)置Bootloader 區(qū); Cortex-M3 內(nèi)核規(guī)定，起始地址必須存放堆頂指針，而第二個地址則必須存放復(fù)位中斷入口向量地址，這樣在Cortex-M3 內(nèi)核復(fù)位后，會自動從起始地址的下一個32 位空間取出復(fù)位中斷入口向量，跳轉(zhuǎn)執(zhí)行復(fù)位中斷服務(wù)程序。對比ARM7/ARM9 內(nèi)核，Cortex-M3 內(nèi)核則是固定了中斷向量表的位置而起始地址是可變化的。 總結(jié)一下STM32 的啟動文件和啟動過程。 首先對棧和堆的大小進(jìn)行定義，并在代碼區(qū)的起始處建立中斷向量表，其第一個表項是棧頂?shù)刂?，第二個表項是復(fù)位中斷服務(wù)入口地址。 然后在復(fù)位中斷服務(wù)程序中跳轉(zhuǎn)C/C++標(biāo)準(zhǔn)實時庫的main 函數(shù)，完成用戶堆棧等的初始化后，跳轉(zhuǎn).c 文件中的main 函數(shù)開始執(zhí)行C 程序。 假設(shè)STM32被設(shè)置為從內(nèi)部FLASH 啟動（這也是最常見的一種情況），中斷向量表起始地位為0x8000000，則棧頂?shù)刂反娣庞?x8000000處，而復(fù)位中斷服務(wù)入口地址存放于0x8000004 處。 當(dāng)STM32 遇到復(fù)位信號后，則從0x80000004 處取出復(fù)位中斷服務(wù)入口地址，繼而執(zhí)行復(fù)位中斷服務(wù)程序，然后跳轉(zhuǎn)main函數(shù)，最后進(jìn)入mian 函數(shù)。 3.2OTA 需求分析 我們將建立兩個工程，分別是Bootloader 還有APP，我們將Bootloader下載到FLASH 空間0x8000000 地址處，那么STM32 啟動后會首先執(zhí)行我們的Bootloader 程序，然后就可以按照我們意愿實現(xiàn)OTA 了。 ?FLASH區(qū)間劃分 根據(jù)需求，我們將STM32F103VET6 這個芯片F(xiàn)lash 空間劃分出4 個區(qū)域：Bootloader、FLAG、APP、APP_BAK。 四個區(qū)間作用描述如下： ? Bootloader: 存儲Bootloader 固件，MCU 上電后首先運行該固件。
? FLAG: 存儲有關(guān)升級的相關(guān)標(biāo)志位，Bootloader 和APP 都需要操作該區(qū)域。
升級標(biāo)志位（2B）
固件大?。?B）
MD5加密數(shù)據(jù)（16B）
? APP：存儲用戶程序固件。
? APPBAK: 臨時存儲云端下發(fā)的新固件，升級固件的一個過渡存儲區(qū)。 STM32F103VET6分區(qū)方案如下圖所示：
3.3 BOOTLOADER分區(qū)部分
3.3.1 Bootloader程序流程
Bootloader 的主要職能是在有升級任務(wù)的時候?qū)?APPBAK 分區(qū)里面的固件拷貝到 APP 區(qū)域。當(dāng)然，這期間需要做很多的工作，比如升級失敗的容錯等等。具體的流程可以參考圖示。需要注意的是，在校驗 MD5 正確后開始搬運固件數(shù)據(jù)期間，MCU 出現(xiàn)故障（包括突然斷電），MCU 應(yīng)發(fā)生復(fù)位操作（FLAG 區(qū)域數(shù)據(jù)未破壞），復(fù)位后重新開始執(zhí)行 Bootloader，從而避免 MCU 刷成板磚。
3.3.2Bootloader程序配置
為了方便構(gòu)架，此處我采用cubemx構(gòu)建項目，生成keil工程。
創(chuàng)建STM32F103VE項目 配置外部時鐘 配置時鐘72M
配置debug為serisl wire 配置串口4為BootLoader的日志打印口。 生成keil代碼添加驅(qū)動flash.c，gagent_md5.c和app.c以及對應(yīng)的組，如何添加此處不過多介紹（基礎(chǔ)的軟件操作），只提供文件路徑。 ? ? ? ?
驅(qū)動文件的編寫以及函數(shù)介紹我此處不過多介紹，可以在原文地址的附件進(jìn)行下載源文件，也可以在文章末尾復(fù)制代碼。 重點代碼講解 Main.c添加頭文件#include "app.h" 主函數(shù)添加APP_Process(); 根據(jù)自己分區(qū)大小設(shè)置區(qū)域，我的是18K，2k，54k，54k
3.3.3Bootloader編譯設(shè)置
按照 Bootloader 流程編寫好代碼，需要我們對 KEIL 工程做相應(yīng)配置，需要注意的是編譯的 Bootloader 固件大小不超過最大可允許的 18KB。Keil 編譯器需要設(shè)置如下： Flash 燒寫地址設(shè)置有效 設(shè)置ST-LINK按塊擦除 FLASH 區(qū)間和燒寫程序 編譯燒錄程序，到此BootLoader編寫燒錄完成。
3.3.4APP程序分區(qū)部分
固件接收流程 做好 BOOTLOADER 工作后，我們開始寫 APP 分區(qū)的代碼。APP 分區(qū)固件的編寫要注意硬件版本號和軟件版本號，軟件版號作為升級迭代很重要的標(biāo)志。 需要注意的是，中斷向量地址偏移的定義，這個地方需要我們尤其注意，我在開發(fā)過程中在這個地方排查了好長時間。STM32 標(biāo)準(zhǔn)庫默認(rèn)中斷向量地址偏移為0x0,但是我們APP 實際的偏移是0x5000。如果不修改，APP 也可以正常加載運行，但是不會相應(yīng)中斷。所以，我們需要根據(jù)實際APP 下載的起始地址，對中斷向量地址偏移做定義。
3.4 CUBEMX部署
解壓云端生成的代碼，由于生成的代碼是STM32F103c8的，我們需要通過CUBEMX轉(zhuǎn)換成STM32F103VET6的代碼來適應(yīng)我們的秉火開發(fā)板,創(chuàng)建一個新的cubeMX項目，導(dǎo)入自動代碼的CUBEMX工程. 目錄保存在解壓代碼所在的路徑。 修改時鐘樹為72M，注意需要同BootLoader時鐘。 根據(jù)項目需求以及我們自己創(chuàng)建的數(shù)據(jù)點，我們需要控制RGB燈，蜂鳴器，DHT11，在此處我們需要對引腳進(jìn)行初始化。 配置RGB燈，采用定時器輸出PWM控制。 有源蜂鳴器，和默認(rèn)代碼按鍵2沖突，修改按鍵2的GPIO為PB15
3.5 配置溫濕度傳感器DHT11
為每個單獨的文件生成.C.H文件，方便調(diào)用頭文件 生成KEIL的代碼 到此我們就完成了項目的構(gòu)建。 3.6 編譯器設(shè)置 因為硬件FLASH 空間限定，我們需要對APP 的固件大小做嚴(yán)格的限制。本方案，
針對秉火開發(fā)板 我們可允許的最大固件為54KB。需要升級的新固件同樣最大可支持54KB。
1、設(shè)置FLASH 固件下載地址 2、配置中斷向量偏移地址設(shè)置 3.重新構(gòu)建工程，添加相關(guān)頭文件。 4.添加flash.h,flash.h, gagent_md5.c, gagent_md5.h, app.c文件到項目 5. 在mian.c里面添加一下頭文件 在main.c里面添加如下代碼 后續(xù)涉及部分代碼修改和相關(guān)源碼，字?jǐn)?shù)比較多，所以建議參考原帖： https://club.gizwits.com/thread-166001-1-1.html?