基于IAP的STM32程序更新技術

引言

嵌入式系統的開發最終需要將編譯好的代碼下載到具體的微控制器芯片上，而不同廠家的微控制器芯片有不同的下載方式。隨著技術的發展和應用需求的更新，用戶程序加載趨向于在線編程的方式，越來越多的芯片公司提供和開放了用戶更新程序的接口與方式，以提高整個系統的可靠性和可維護性。ST公司基于CortexM3內核的STM32系列產品得到了廣泛應用，在許多基于STM32系列產品的開發過程中不可避免要進行用戶程序的加載。本文在介紹IAP技術原理基礎上，詳細論述使用該技術在STM32F103ZE芯片上實現用戶在線更新功能的方法，并具體分析其中可能發生異常的原因。

1　背景綜述

1.1　主要程序更新方式

目前，除了直接通過仿真器或燒錄器進行程序更新方式外，主要有Bootloader技術、ISP技術以及IAP技術3種更新程序的方法。

(1) Bootloader技術

引導加載程序，是指系統加電時,控制器將一段存儲在外部非易失性存儲器中的代碼載入到內部高速存儲器單元(如片內RAM)中執行的過程。

(2) ISP(In System Programming)技術

MCU內部自帶Bootloader，通過指定的方式激活，通過通信接口下載或擦除用戶代碼。需要有外部介入，靜態的，在用戶代碼沒有運行時進行下載。

(3) IAP(In Application Programing)技術

單片機內部具有一些可擦寫的非易失存儲器，如Flash。在微控制器獨立運行時，用戶利用自己編寫的燒寫程序通過通信下載或擦除自己的代碼。注意不具備IAP功能的單片機并不能對Flash的數據進行修改。無需外部介入，動態的，在用戶代碼運行時進行下載。

1.2　STM32系列簡介

STM32系列微控制器基于CortexM3內核，并在其架構上進行了多項改進,包括在提升性能的同時提高了代碼密度的Thumb2指令集，以及大幅度提高中斷響應的緊耦合嵌套向量中斷控制器，從而大大提高了處理速度，降低了系統功耗。使用新內核的Thumb2指令集,設計人員可以把代碼容量降低45%,幾乎把應用軟件所需內存容量降低了一半。此外，STM32提供豐富的外圍接口，目前廣泛應用到工業用及家用安全設備、消防和暖氣通風空調系統等，以及家電、消費電子、低功耗的可便攜式設備等。本文以STM32F103ZE為例來研究及使用IAP技術。

2　IAP技術

2.1　IAP技術原理

首先人為設定單片機內部存儲區分為兩塊：其中一塊稱為Boot區，用于存儲IAP功能程序代碼;另外一塊稱為常態存儲區，用于存儲除IAP功能外的所有程序代碼。IAP技術指的是, MCU在運行的狀態下，通過程序(PC)指針不斷讀取需要執行的程序指令。正常情況下，PC指針只在常態存儲區內移動，并讀取指令，如圖1所示。當用戶需要更新或升級程序時，程序指令會將PC指針跳轉至Boot區。這段存儲區的指令代碼的功能是，通過通信等方式接收用戶需要更新的程序數據，并通過校驗確認接收到的程序數據正確后，根據約定的方式寫入常態存儲區，如圖2所示。當完成用戶程序更新后，PC指針再跳回到常態存儲區，開始執行存儲在其上的用戶程序，這樣便實現了IAP功能。

圖1　通過PC指針讀取程序指令 圖2　更新存儲區代碼