AT32講堂003 | AT32 MCU如何使用USB HID進行IAP升級

IAP在線升級原理概述

IAP（In Application Programming）即在應(yīng)用編程，IAP是用戶自己的程序在運行過程中對User Flash的部分區(qū)域進行燒寫，目的是為了在產(chǎn)品發(fā)布后可以方便地通過預(yù)留的通信口對產(chǎn)品中的固件程序進行更新升級。通常實現(xiàn)IAP功能時，即用戶程序運行中作自身的更新操作，需要在設(shè)計固件程序時編寫兩個項目代碼，第一個項目程序不執(zhí)行正常的功能操作，而只是通過某種通信方式(如USB、USART)接收程序或數(shù)據(jù)，執(zhí)行對第二部分代碼的更新；第二個項目代碼才是真正的功能代碼。這兩部分項目代碼都同時燒錄在User Flash中，當芯片上電后，首先是第一個項目代碼開始運行，它作如下操作：1. 檢查是否需要對第二部分代碼進行更新2. 如果不需要更新則轉(zhuǎn)到43. 執(zhí)行更新操作4. 跳轉(zhuǎn)到第二部分代碼執(zhí)行

圖1. IAP代碼執(zhí)行流程

在圖上圖所示流程中，AT32復(fù)位后，還是從0X08000004地址取出復(fù)位中斷向量的地址，并跳轉(zhuǎn)到復(fù)位中斷服務(wù)程序，在運行完復(fù)位中斷服務(wù)程序之后跳轉(zhuǎn)到IAP的main函數(shù)，如圖標號①所示。在執(zhí)行完IAP以后（即將新的APP代碼寫入AT32的FLASH，灰底部分。新程序的復(fù)位中斷向量起始地址為0X08000004+N+M），跳轉(zhuǎn)至新寫入程序的復(fù)位向量表，取出新程序的復(fù)位中斷向量的地址，并跳轉(zhuǎn)執(zhí)行新程序的復(fù)位中斷服務(wù)程序，隨后跳轉(zhuǎn)至新程序的main函數(shù)，如圖標號②和③所示，同樣main函數(shù)為一個死循環(huán)，并且注意到此時AT32的FLASH，在不同位置上，共有兩個中斷向量表。

在main函數(shù)執(zhí)行過程中，如果CPU得到一個中斷請求，PC指針仍強制跳轉(zhuǎn)到地址0X08000004中斷向量表處，而不是新程序的中斷向量表，如圖標號④所示；程序再根據(jù)我們設(shè)置的中斷向量表偏移量，跳轉(zhuǎn)到對應(yīng)中斷源新的中斷服務(wù)程序中，如圖標號⑤所示；在執(zhí)行完中斷服務(wù)程序后，程序返回main函數(shù)繼續(xù)運行，如圖標號⑥所示。

通過以上兩個過程的分析，我們知道IAP程序必須滿足兩個要求：

1. 新程序必須在IAP程序之后的某個偏移量為x的地址開始2. 必須將新程序的中斷向量表相應(yīng)的移動，移動的偏移量為x

AT32 USB HID IAP快速使用方法

硬件資源

文檔中是用AT-START-AT32F403A實驗板的硬件條件為例，OTA demo源代碼還包括AT32其他型號，用戶只需編譯對應(yīng)型號工程燒錄于AT-START實驗板運行即可。1) 指示燈LED2/LED3/LED42) USART1(PA9/PA10)3) AT-START實驗板

軟件資源

1. APP_Release

● IAP_Programmer.exe PC機tool

2. SourceCode

● bootloader，IAP源程序，運行LE2閃爍

● app_led3_toggle，app1 LED3閃爍源程序

● app_led4_toggle，app2 LED4閃爍源程序

注：工程基于keil v5和IAR8.2建立，若用戶需要在其他編譯環(huán)境上使用，請參考

AT32F403A_407_Firmware_Library_V2.x.x\project\at_start_f403a\templates中各種編譯環(huán)境（例如IAR6/7/8,keil 4/5,eclipse_gcc）進行對應(yīng)修改即可。

IAP Programmer使用

1. 打開bootloader源程序，編譯后下載到實驗板

2. 打開IAP Programmer.exe3. 如圖，選擇USB設(shè)備,使用的是HID設(shè)備，因此不需要驅(qū)動4. 選擇APP下載地址（下載地址需要與IAP設(shè)置的下載地址相同）和bin文檔，選擇是否需要CRC校驗，點擊Download下載5. 觀察LED2/3/4閃爍，LED2閃爍-bootloader工作，LED3閃爍-app1工作，LED4閃爍-app2工作6. 支持斷電保護，當程序沒有download成功時，下次啟動還在IAP模式

圖2. IAP demo上位機

AT32 USB HID IAP程序設(shè)置

地址分布

表1. 地址分布

Note：bootloader區(qū)域最后一個扇區(qū)，用于放置防掉電丟失的flag，用戶修改bootloader時請勿操作該段地址。

bootloader project設(shè)置

1) Keil設(shè)置

圖3. bootloader project中add1在Keil設(shè)置

2)bootloader源程序修改

hid_iap_user.h文件中

圖4. bootloader project中add2在程序中設(shè)置

app設(shè)置

該demo提供了2個app程序供測試用，皆以add2（0x800 4000）為起始地址。app1 LED3閃爍，app2 LED4閃爍。以app LED3為例，設(shè)計步驟如下：

1.Keil工程設(shè)置

圖5. app project中add2在Keil設(shè)置

2.app源程序設(shè)置

修改main.c中的中斷向量偏移

圖6. app源程序設(shè)置

3. 編譯生成bin文件

通過在User選項卡，設(shè)置編譯后調(diào)用fromelf.exe，根據(jù).axf文件生成.bin文件，用于IAP更新。

以上3個步驟，我們就可以得到一個.bin的APP程序，通過bootloader程序即可實現(xiàn)更新。

4. 開啟debug app code功能

如果在設(shè)計app code過程中需要對app project進行單獨調(diào)試，請按照以下操作。

● 下載bootloader project

● 第一次使用debug功能需要IAP Programmer.exe成功下載一次app.(成功下載之后會寫flag，表示下次從app啟動。默認flag會從bootloader啟動)

● debug app project

IAP、APP與上位機通信流程

1. 上位機通信流程

圖7. 上位機通信流程

2. IAP端下位機通信流程

圖8. IAP端下位機通信流程

注意：具體協(xié)議請參考AT32_HID_IAP_Protocol.pdf

USB HID IAP Protocol

本節(jié)描述USB HID升級協(xié)議，使用此協(xié)議與上位機進行通信，達到升級固件的目的。

命令列表

注意1：HID MaxPacket=64Byte

注意2：每一個包的前面兩個Byte固定為命令

注意3：命令按照MSB,LSB的順序傳輸

ACK：0XFF00，NACK：0x00FF

命令詳解

1. 0x5AA0進入IAP模式

作為一個特定的命令，當用戶APP收到這個命令之后將進入IAP模式。實現(xiàn)方式為收到這個命令之后擦除flag然后reset

上位機：[0x5A,0xA0]

IAP設(shè)備響應(yīng)：[0x5A,0XA0,ACK/NACK]

2. 0x5AA1開始下載

上位機：[0x5A,0xA1]

IAP設(shè)備響應(yīng)：[0x5A,0xA1,ACK/NACK]

3. 0x5AA2設(shè)置下載地址

設(shè)置下載地址需按照1KB對齊，每下載1Kbyte數(shù)據(jù)之后，都需要重新設(shè)置下載地址。

上位機(命令+地址)：[0x5A,0xA2,0x08,0x00,0x40,0x00]

IAP設(shè)備響應(yīng)：[0x5A,0xA2,ACK/NACK]

4. 0x5AA3下載數(shù)據(jù)命令(1KB對齊多個包發(fā)送)

下載數(shù)據(jù)命令采用命令+長度+數(shù)據(jù)的格式進行發(fā)送，每包最大數(shù)據(jù)量為60Byte（64–命令–長度），當發(fā)送數(shù)據(jù)達到1KB時，上位機需要等待設(shè)備的ACK響應(yīng)。此時設(shè)備需將1KB的數(shù)據(jù)寫到FLASH。

上位機（命令(2Byte)+長度(2Byte)+數(shù)據(jù)(nbyte)）:[0x5A,0xA3,LEN1,LEN0,DATA0….DATAn]

收完1KB數(shù)據(jù)后IAP設(shè)備響應(yīng)：[0x5A,0XA3,ACK/NACK]

5. 0x5AA4下載結(jié)束

上位機：[0x5A,0xA4]

IAP設(shè)備響應(yīng)：[0x5A,0xA4,ACK/NACK]

6. 0x5AA5固件CRC校驗

上位機傳輸固件起始地址和固件大小/1KB（固件大小按1KB對齊，不足補0xFF），由IAP計算CRC之后返回給上位機。

上位機：[0x5A,0xA5,0x08,0x00,0x40,0x00,LEN1,LEN0]

IAP設(shè)備響應(yīng)：[0x5A,0xA5,ACK/NACK,CRC3,CRC2,CRC1,CRC0]

7. 0x5AA6跳轉(zhuǎn)命令

跳轉(zhuǎn)命令將跳轉(zhuǎn)到用戶代碼進行運行

上位機：[0x5A,0xA6,0x08,0x00,0x40,0x00]

IAP設(shè)備響應(yīng)：[0x5A,0xA6,ACK/NACK]

8. 0x5AA7獲取IAP設(shè)置的app地址

返回IAP設(shè)置的app地址

上位機：[0x5A,0xA7]

IAP設(shè)備響應(yīng)：[0x5A,0xA7,ACK/NACK,0x08,0x00,0x40,0x00]

關(guān)于雅特力雅特力科技于2016年成立，是一家致力于推動全球市場32位微控制器創(chuàng)新趨勢的芯片(MCU)設(shè)計公司，專注于ARM Cortex-M4/M0+的32位微控制器研發(fā)與創(chuàng)新，全系列采用55nm先進工藝及ARM Cortex-M4高效能或M0+低功耗內(nèi)核，締造M4業(yè)界最高主頻288MHz運算效能，并支持工業(yè)級別芯片工作溫度范圍（-40°~105°）。雅特力目前已累積相當多元的終端產(chǎn)品成功案例：如微型打印機、掃地機、光流無人機、熱成像儀、激光雷達、工業(yè)縫紉機、伺服驅(qū)控、電競周邊市場、斷路器、ADAS、T-BOX、數(shù)字電源、電動工具等終端設(shè)備應(yīng)用，廣泛地覆蓋5G、物聯(lián)網(wǎng)、消費、商務(wù)及工控等領(lǐng)域。