基于RT-Thread完整版搭建的極簡(jiǎn)Bootloader

項(xiàng)目背景

Agile Upgrade: 用于快速構(gòu)建 bootloader 的中間件。

• example文件夾提供 PC 上的示例

特性

1. 適配RT-Thread官方固件打包工具 (圖形化工具及命令行工具)

2. 使用純 C 開發(fā)，不涉及任何硬件接口，可在任何形式的硬件上直接使用

3. 加密、壓縮支持如下：

• AES256

• fastlz

• quicklz

• 原生適配file及fal操作接口

• 移植簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)自定義的后端只需適配幾個(gè)操作接口

• 使用簡(jiǎn)單，幾行代碼即可實(shí)現(xiàn)固件升級(jí)

• 全過(guò)程日志輸出

• 提供過(guò)程回調(diào)，可將過(guò)程及進(jìn)度顯示在自定義硬件上

• 基于RT-Thread 4.1.0版本

• 基于正點(diǎn)原子探索者開發(fā)板

代碼地址：

https://github.com/loogg/agile_upgrade_mcu_demos

https://github.com/loogg/agile_upgrade

（請(qǐng)復(fù)制至外部瀏覽器打開）

• 目錄結(jié)構(gòu)

2、Bootloader

一般Bootloader實(shí)現(xiàn)的邏輯如下：

這種方式適合于簡(jiǎn)單的裸機(jī)程序或可控的 OS 程序（即所有外設(shè)硬件都可把控），在準(zhǔn)備環(huán)境的時(shí)候?qū)⑵淙筷P(guān)閉。

但對(duì)于一些復(fù)雜的或者 OS 中輪子已造好的程序，有一些因素不花時(shí)間研究無(wú)法把控，在準(zhǔn)備環(huán)境時(shí)很可能就會(huì)遺漏一些未關(guān)閉導(dǎo)致出各種各樣的問(wèn)題。

這里提供一種萬(wàn)能方法：

- 利用芯片中的不受軟件復(fù)位影響的可供用戶使用的寄存器 (如 STM32 中的備份寄存器)。
- 在需要跳入 APP 運(yùn)行時(shí)將該寄存器賦值然后軟件復(fù)位。
- 在 OS 還沒(méi)初始化時(shí)判斷該寄存器值，如果需要跳轉(zhuǎn)只需要簡(jiǎn)單的準(zhǔn)備環(huán)境即可跳轉(zhuǎn)。

該方法可以使Bootloader就作為一個(gè) OS 應(yīng)用程序開發(fā)，需要跳轉(zhuǎn)的時(shí)候就操作一下寄存器并軟件復(fù)位即可。

該倉(cāng)庫(kù)下所有的Bootloader例子均使用此方法。

以正點(diǎn)原子探索者開發(fā)板的STM32F4為例，將system_stm32f4xx.c文件的SystemInit函數(shù)修改：

1voidboot_start_application(void);
2voidSystemInit(void)
3{
4boot_start_application();
5
6...
7}

boot_start_application的實(shí)現(xiàn)為：

 1typedefvoid(*boot_app_func)(void);
 2voidboot_start_application(void){
 3__HAL_RCC_PWR_CLK_ENABLE();
 4HAL_PWR_EnableBkUpAccess();
 5
 6RTC_HandleTypeDefRTC_Handler={0};
 7RTC_Handler.Instance=RTC;
 8uint32_tbkp_data=HAL_RTCEx_BKUPRead(&RTC_Handler,BOOT_BKP);
 9HAL_RTCEx_BKUPWrite(&RTC_Handler,BOOT_BKP,0);
10
11if(bkp_data!=0xA5A5)return;
12
13boot_app_funcapp_func=NULL;
14uint32_tapp_addr=BOOT_APP_ADDR;
15if(((*(__IOuint32_t*)(app_addr+4))&0xff000000)!=0x08000000)return;
16
17/*棧頂?shù)刂吩?28KRAM間*/
18if(((*(__IOuint32_t*)app_addr)-0x20000000)>=(STM32_SRAM_SIZE*1024))return;
19
20app_func=(boot_app_func)*(__IOuint32_t*)(app_addr+4);
21/*Configuremainstack*/
22__set_MSP(*(__IOuint32_t*)app_addr);
23/*jumptoapplication*/
24app_func();
25}

設(shè)置寄存器并軟件復(fù)位的實(shí)現(xiàn)為：

1staticvoidboot_app_enable(void){
2__disable_irq();
3RTC_HandleTypeDefRTC_Handler={0};
4RTC_Handler.Instance=RTC;
5HAL_RTCEx_BKUPWrite(&RTC_Handler,BOOT_BKP,0xA5A5);
6HAL_NVIC_SystemReset();
7}

3、RT-Thread 完整版、RT-Thread Nano 及裸機(jī)對(duì)比

3.1、RTOS 與裸機(jī)

很多人都會(huì)覺(jué)得裸機(jī)開發(fā)比 RTOS 簡(jiǎn)單并且編譯出來(lái)的空間小的多，但以我的開發(fā)經(jīng)驗(yàn)來(lái)說(shuō)并非如此。

1. 開發(fā)難易程度

• 裸機(jī)

  裸機(jī)開發(fā)經(jīng)常使用的是前后臺(tái)框架，一個(gè)有多步執(zhí)行操作的task基本上都是使用switch case方式。

  一級(jí)延時(shí)很好處理只需要改變task的再一次進(jìn)入時(shí)間即可。

  嵌套延時(shí)則需要加狀態(tài)位并在函數(shù)中嵌套switch case，程序非常臃腫。

• RTOS

  RTOS 中多步操作只需按順序調(diào)用函數(shù)即可，掛起也只需調(diào)用系統(tǒng)提供的 API ，代碼精簡(jiǎn)且邏輯清晰。

• 資源占用

  以RT-Thread Nano舉例，官方給出的數(shù)據(jù)如下：

1在運(yùn)行兩個(gè)線程(main 線程+ idle 線程)情況下，ROM 和 RAM 依然保持著極小的尺寸。
2以下是基于CortexM3的MDK工程編譯結(jié)果(優(yōu)化等級(jí)3)
3
4TotalROSize(Code+ROData)4000(3.91kB)
5TotalRWSize(RWData+ZIData)1168(1.14kB)
6TotalROMSize(Code+ROData+RWData)4092(4.00kB)
7

從數(shù)據(jù)中可以得知資源占用并沒(méi)有相差非常大。

3.2、RT-Thread 完整版與 RT-Thread Nano

許多人對(duì)于這兩個(gè)的爭(zhēng)議在于：RT-Thread 完整版資源占用太大，小芯片用不了等等。

這里我就用事實(shí)來(lái)證明并非如此，完全可以裁剪到Nano一樣的大小，并且RT-Thread 完整版還支持menuconfig不需要自己添加代碼文件，真香。

同時(shí)RT-Thread還有許多純 C 語(yǔ)言的不涉及硬件的軟件包，使用menuconfig拿來(lái)即用，真香。

這里我以正點(diǎn)原子探索者開發(fā)板bsp為例，基于RT-Thread v4.1.0版本，具體工程查看 RTT_Template。

• CubeMX生成的 MDK 工程編譯結(jié)果 (優(yōu)化等級(jí) 0)

1TotalROSize(Code+ROData)8120(7.93kB)
2TotalRWSize(RWData+ZIData)1832(1.79kB)
3TotalROMSize(Code+ROData+RWData)8136(7.95kB)
4

• 在運(yùn)行兩個(gè)線程 (main 線程 + idle 線程) 情況下的 MDK 工程編譯結(jié)果 (優(yōu)化等級(jí) 0), 適配了rt_hw_console_output

1TotalROSize(Code+ROData)13256(12.95kB)
2TotalRWSize(RWData+ZIData)3136(3.06kB)
3TotalROMSize(Code+ROData+RWData)13396(13.08kB)
4

• 兩者比較差值

1TotalROSize(Code+ROData)5136(5.02kB)
2TotalRWSize(RWData+ZIData)1304(1.28kB)
3TotalROMSize(Code+ROData+RWData)5260(5.14kB)
4

從上述數(shù)據(jù)可以得出結(jié)論：RT-Thread 完整版通過(guò)裁剪可以完全媲美RT-Thread Nano，所以首選RT-Thread 完整版。

4、Bootloader 工程使用

tools文件夾下包含了固件打包工具和應(yīng)用層固件app.bin，起始地址為0x08080000。

應(yīng)用層分區(qū)如下：

在應(yīng)用程序中下載固件需要使用ymodem_ota -p [dst]命令，[dst]為目標(biāo)分區(qū)download_w25q或download_onchip。

以下工程編譯結(jié)果都是基于優(yōu)化等級(jí) 0。

4.1、MinimalistBoot 使用

該工程下提供 3 個(gè)配置文件，通過(guò)ENV工具的menuconfigLoad配置并save為.config后執(zhí)行scons --target=mdk5 -s即可生成工程。

該工程未使用動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配，故編譯結(jié)果即為真實(shí)內(nèi)存使用。

配置文件分別為：.config.minimal、.config.w25q_qlz和.config.shell_qlz。

• .config.minimal

極簡(jiǎn)Bootloader，不支持壓縮和加密類型固件，下載分區(qū)為download_onchip。

• .config.w25q_qlz

支持quicklz方式壓縮的固件，下載分區(qū)為download_w25q。

• .config.shell_qlz

支持quicklz方式壓縮的固件，升級(jí)失敗可通過(guò)敲擊鍵盤Enter鍵進(jìn)入Shell，下載分區(qū)為download_onchip。

4.2、FalBoot 使用

該工程基于FAL組件，提供 4 個(gè)配置文件，通過(guò)ENV工具的menuconfigLoad配置并save為.config后執(zhí)行scons --target=mdk5 -s即可生成工程。

配置文件分別為：.config.minimal、.config.dev_qlz、.config.w25q_dev_qlz和.config.shell_dev_qlz。

• .config.minimal

不支持壓縮和加密類型固件，下載分區(qū)為download_onchip。

• .config.dev_qlz

使用了設(shè)備框架，支持quicklz方式壓縮的固件，下載分區(qū)為download_onchip。

• .config.w25q_dev_qlz

使用了設(shè)備框架，支持quicklz方式壓縮的固件，下載分區(qū)為download_w25q。

• .config.shell_dev_qlz

使用了設(shè)備框架，支持quicklz方式壓縮的固件，升級(jí)失敗可通過(guò)敲擊鍵盤Enter鍵進(jìn)入Shell，下載分區(qū)為download_onchip。

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