如何实现MCU开发和OTA升级

本文以依托 GC211 和秉火开发板，讲述如何实现MCU开发和OTA升级。 用户如果将开发了的产品发布上线销售，后期需要更新固件和程序，就需要用到远程OTA固件升级，就能对已发布的产品进行远程升级。 01 硬件材料 1.机智云4G模组GC211，此模组采用中移模组ML302，支持网络，移动，联通，电信4G网络，可前往机智云官方和淘宝店铺购买。https://shop159680395.taobao.com/ 2.秉火【F103开发板-指南者】

02 云端开发

2.1、云端部署
创建新产品，可根据自己需求选择。

添加如下数据点，可根据自己需求

生成STM32F103代码下载备用 03 硬件部分说明 3.1 关于STM32启动 ARM7/ARM9 内核的控制器在复位后，CPU 会从存储空间的绝对地址0x000000 取出第一条指令执行复位中断服务程序的方式启动，即固定了复位后的起始地址为0x000000（PC =0x000000）同时中断向量表的位置并不是固定的。 然而，Cortex-M3 内核启动有3 种情况： 1、通过boot 引脚设置可以将中断向量表定位于SRAM 区，即起始地址为0x2000000，同时复位后PC 指针位于0x2000000 处; 2、通过boot 引脚设置可以将中断向量表定位于FLASH 区，即起始地址为0x8000000，同时复位后PC 指针位于0x8000000 处; 3、通过boot 引脚设置可以将中断向量表定位于内置Bootloader 区; Cortex-M3 内核规定，起始地址必须存放堆顶指针，而第二个地址则必须存放复位中断入口向量地址，这样在Cortex-M3 内核复位后，会自动从起始地址的下一个32 位空间取出复位中断入口向量，跳转执行复位中断服务程序。对比ARM7/ARM9 内核，Cortex-M3 内核则是固定了中断向量表的位置而起始地址是可变化的。 总结一下STM32 的启动文件和启动过程。 首先对栈和堆的大小进行定义，并在代码区的起始处建立中断向量表，其第一个表项是栈顶地址，第二个表项是复位中断服务入口地址。 然后在复位中断服务程序中跳转C/C++标准实时库的main 函数，完成用户堆栈等的初始化后，跳转.c 文件中的main 函数开始执行C 程序。 假设STM32被设置为从内部FLASH 启动（这也是最常见的一种情况），中断向量表起始地位为0x8000000，则栈顶地址存放于0x8000000处，而复位中断服务入口地址存放于0x8000004 处。 当STM32 遇到复位信号后，则从0x80000004 处取出复位中断服务入口地址，继而执行复位中断服务程序，然后跳转main函数，最后进入mian 函数。 3.2OTA 需求分析 我们将建立两个工程，分别是Bootloader 还有APP，我们将Bootloader下载到FLASH 空间0x8000000 地址处，那么STM32 启动后会首先执行我们的Bootloader 程序，然后就可以按照我们意愿实现OTA 了。 ►FLASH区间划分 根据需求，我们将STM32F103VET6 这个芯片Flash 空间划分出4 个区域：Bootloader、FLAG、APP、APP_BAK。 四个区间作用描述如下：  Bootloader: 存储Bootloader 固件，MCU 上电后首先运行该固件。
 FLAG: 存储有关升级的相关标志位，Bootloader 和APP 都需要操作该区域。
升级标志位（2B）
固件大小（4B）
MD5加密数据（16B）
 APP：存储用户程序固件。
 APPBAK: 临时存储云端下发的新固件，升级固件的一个过渡存储区。 STM32F103VET6分区方案如下图所示：
3.3 BOOTLOADER分区部分
3.3.1 Bootloader程序流程
Bootloader 的主要职能是在有升级任务的时候将 APPBAK 分区里面的固件拷贝到 APP 区域。当然，这期间需要做很多的工作，比如升级失败的容错等等。具体的流程可以参考图示。需要注意的是，在校验 MD5 正确后开始搬运固件数据期间，MCU 出现故障（包括突然断电），MCU 应发生复位操作（FLAG 区域数据未破坏），复位后重新开始执行 Bootloader，从而避免 MCU 刷成板砖。
3.3.2Bootloader程序配置
为了方便构架，此处我采用cubemx构建项目，生成keil工程。
创建STM32F103VE项目 配置外部时钟 配置时钟72M
配置debug为serisl wire 配置串口4为BootLoader的日志打印口。 生成keil代码添加驱动flash.c，gagent_md5.c和app.c以及对应的组，如何添加此处不过多介绍（基础的软件操作），只提供文件路径。        
驱动文件的编写以及函数介绍我此处不过多介绍，可以在原文地址的附件进行下载源文件，也可以在文章末尾复制代码。 重点代码讲解 Main.c添加头文件#include "app.h" 主函数添加APP_Process(); 根据自己分区大小设置区域，我的是18K，2k，54k，54k
3.3.3Bootloader编译设置
按照 Bootloader 流程编写好代码，需要我们对 KEIL 工程做相应配置，需要注意的是编译的 Bootloader 固件大小不超过最大可允许的 18KB。Keil 编译器需要设置如下： Flash 烧写地址设置有效 设置ST-LINK按块擦除 FLASH 区间和烧写程序 编译烧录程序，到此BootLoader编写烧录完成。
3.3.4APP程序分区部分
固件接收流程 做好 BOOTLOADER 工作后，我们开始写 APP 分区的代码。APP 分区固件的编写要注意硬件版本号和软件版本号，软件版号作为升级迭代很重要的标志。 需要注意的是，中断向量地址偏移的定义，这个地方需要我们尤其注意，我在开发过程中在这个地方排查了好长时间。STM32 标准库默认中断向量地址偏移为0x0,但是我们APP 实际的偏移是0x5000。如果不修改，APP 也可以正常加载运行，但是不会相应中断。所以，我们需要根据实际APP 下载的起始地址，对中断向量地址偏移做定义。
3.4 CUBEMX部署
解压云端生成的代码，由于生成的代码是STM32F103c8的，我们需要通过CUBEMX转换成STM32F103VET6的代码来适应我们的秉火开发板,创建一个新的cubeMX项目，导入自动代码的CUBEMX工程. 目录保存在解压代码所在的路径。 修改时钟树为72M，注意需要同BootLoader时钟。 根据项目需求以及我们自己创建的数据点，我们需要控制RGB灯，蜂鸣器，DHT11，在此处我们需要对引脚进行初始化。 配置RGB灯，采用定时器输出PWM控制。 有源蜂鸣器，和默认代码按键2冲突，修改按键2的GPIO为PB15
3.5 配置温湿度传感器DHT11
为每个单独的文件生成.C.H文件，方便调用头文件 生成KEIL的代码 到此我们就完成了项目的构建。 3.6 编译器设置 因为硬件FLASH 空间限定，我们需要对APP 的固件大小做严格的限制。本方案，
针对秉火开发板 我们可允许的最大固件为54KB。需要升级的新固件同样最大可支持54KB。
1、设置FLASH 固件下载地址 2、配置中断向量偏移地址设置 3.重新构建工程，添加相关头文件。 4.添加flash.h,flash.h, gagent_md5.c, gagent_md5.h, app.c文件到项目 5. 在mian.c里面添加一下头文件 在main.c里面添加如下代码 后续涉及部分代码修改和相关源码，字数比较多，所以建议参考原帖： https://club.gizwits.com/thread-166001-1-1.html 

审核编辑：彭静