STM32固件升级设计——SD卡升级固件

发布于：2025-07-15 ⋅ 阅读:(14) ⋅ 点赞:(0)

目录

概述

一、功能描述 

1、BootLoader部分：

2、APP部分：

二、BootLoader程序制作

1、分区定义

2、 主函数

3、SD卡升级文件检测和更新

4、程序跳转

三、APP程序制作

四、工程配置（默认KEIL5）

五、运行测试 

结束语

概述

        IAP（In Application Programming）即在应用中编程，允许在应用程序运行时更新或切换固件。STM32通过修改MSP（主堆栈指针）和PC（程序计数器）实现从不同地址启动，包括Flash或RAM地址。默认情况下，嵌入式程序以连续二进制形式烧录到STM32的可寻址Flash区域。若Flash容量足够存储多个完整程序，每个程序独立且完整，上电后可通过修改MSP值选择不同程序入口，从而实现多固件切换或升级。

         BootLoader（引导加载程序）是嵌入式系统或计算机启动时运行的一段小型程序，负责初始化硬件、加载操作系统内核并将其控制权移交。它是系统从关机状态到操作系统完全运行之间的桥梁。

        所以，固件升级的基本思路是将stm32的flash划分为若干个区域，其中包括BootLoader区域和APP区等，将各自的程序写到对应的flash区域里，本文将采用读取SD卡的文件来更新固件，只重实践不讲原理。

一、功能描述 

        使用STM32的SDIO总线驱动microSD卡实现SD卡升级程序。将FLASH分为2个部分。
分区介绍：
        本文使用stm32f407zgt6，flash是1M，sector是不固定的（在读写擦除flash时需要特别注意），详细看下图STM32F4系列的FLASH结构。

        BootLoader整个代码编译下来有36K左右，所以使用0x08000000~0x0000FFFF，剩下的FLASH全部用来存放APP，使用0x08010000~0x080F0000。

区域 起始地址 区域大小 功能
BOOT 0x08000000 0x00010000(64k) 存放BootLoader程序
APP 0x08010000 0x000F0000(960k) 存放产品主程序

tips： 选择以上分区方式的好处是在上电瞬间可以触发升级，只要SD卡里面根目录有正确的程序都可以更新固件，所以就没必要用到SETTING区域在存更新触发标志位了。

1、BootLoader部分：

        运行时首先会初始化SD卡，如果初始化成功并且检测到存在SD卡，就查找根目录是否有firmware.bin文件，如果有就升级，没有就直接进入APP，检测不到SD卡也会直接进入APP。

2、APP部分：

        该部分需要在程序起始设置中断向量跳转指针，剩下的就是自己写的主程序。

二、BootLoader程序制作

        主要包含了YMODEM协议的驱动代码。

1、分区定义
#define FLASH_SECTOR_SIZE           1024
#define FLASH_SECTOR_NUM            1024    // 1024K
#define FLASH_START_ADDR            ((uint32_t)0x8000000)
#define FLASH_END_ADDR              ((uint32_t)(0x8000000 + FLASH_SECTOR_NUM * FLASH_SECTOR_SIZE))

//flash sector addr
#define ADDR_FLASH_SECTOR_0         ((uint32_t)0x08000000) 	//sector0 addr, 16 Kbytes  
#define ADDR_FLASH_SECTOR_1         ((uint32_t)0x08004000) 	//sector1 addr, 16 Kbytes  
#define ADDR_FLASH_SECTOR_2         ((uint32_t)0x08008000) 	//sector2 addr, 16 Kbytes  
#define ADDR_FLASH_SECTOR_3         ((uint32_t)0x0800C000) 	//sector3 addr, 16 Kbytes  
#define ADDR_FLASH_SECTOR_4         ((uint32_t)0x08010000) 	//sector4 addr, 64 Kbytes  
#define ADDR_FLASH_SECTOR_5         ((uint32_t)0x08020000) 	//sector5 addr, 128 Kbytes  
#define ADDR_FLASH_SECTOR_6         ((uint32_t)0x08040000) 	//sector6 addr, 128 Kbytes  
#define ADDR_FLASH_SECTOR_7         ((uint32_t)0x08060000) 	//sector7 addr, 128 Kbytes  
#define ADDR_FLASH_SECTOR_8         ((uint32_t)0x08080000) 	//sector8 addr, 128 Kbytes  
#define ADDR_FLASH_SECTOR_9         ((uint32_t)0x080A0000) 	//sector9 addr, 128 Kbytes  
#define ADDR_FLASH_SECTOR_10        ((uint32_t)0x080C0000) 	//sector10 addr,128 Kbytes  
#define ADDR_FLASH_SECTOR_11        ((uint32_t)0x080E0000) 	//sector11 addr,128 Kbytes  

#define BOOT_SECTOR_ADDR            0x08000000
#define BOOT_SECTOR_SIZE            0x10000
#define APP_SECTOR_ADDR             0x08010000     // APP sector start address  
#define APP_SECTOR_SIZE             0xF0000        // APP sector size    

#define BOOT_ERASE_SECTORS_NUM      4  // 64k
#define APP_ERASE_SECTORS_NUM       8  // 64k+128k+128k+128k+128k+128k+128k+128k

typedef enum 
{
    NONE,
    START_PROGRAM,
    UPDATE_PROGRAM,
    UPDATE_SUCCESS,
} process_status;
2、 主函数

        这部分包含了升级的所有状态，该框架可以说对比上一篇文章是完全不变的，主要是SD卡初始化没问题就成功一大半了，具体看代码。

static void iap_process(void)
{
	switch (bootupdate_process) 
	{
		case NONE:
			break;
		case START_PROGRAM:
			printf("start app...\r\n");
			delay_ms(50);
			if ((((*(vu32*)(APP_SECTOR_ADDR+4))&0xFF000000)==0x08000000)&&(!iap_load_app(APP_SECTOR_ADDR))) 
			{
				printf("no program\r\n");
				delay_ms(1000);
			}
			printf("start app failed\r\n");
			break;
		case UPDATE_PROGRAM:
			if(SD_Init()==0)
			{
				printf("检测到SD卡\r\n");
				show_sdcard_info();	//打印SD卡相关信息
				sd_update();
			}else
			{
				printf("没检测到SD卡\r\n");
			}
			bootupdate_process = UPDATE_SUCCESS;
			break;
		case UPDATE_SUCCESS:
			bootupdate_process = START_PROGRAM;
//			NVIC_SystemReset();
			break;
		default:
			break;
	}
}

int main(void)
{        
	NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);//设置系统中断优先级分组2
	delay_init(168);  //初始化延时函数
	uart_init(115200);		//初始化串口波特率为115200
	LED_Init();					//初始化LED 

	bootupdate_process=UPDATE_PROGRAM;
			    
	while(1)
	{
		delay_ms(200);		 			   
		LED0=!LED0;
		iap_process();
	} 
}
3、SD卡升级文件检测和更新

        关于SD卡和FATFS文件系统的移植我是参考正点原子的，主要是将malloc用全局变量代替，其它需要注意的是SD卡的扇区需要选择512字节。

本来是存放在堆区的，现改为存放在栈区

#define    _USE_LFN    2        /* 0 to 3 */

        挂载SD卡，判断sd卡根目录下是否有firmware.bin文件，有的话就获取一下该固件占用了多少个扇区，对应去擦除扇区，然后就可以复制固件到APP起始地址了。不存在该固件的话就直接退出进入APP。

void sd_update(void) 
{
	u8 file_buffer[512]={0};   
	uint32_t flash_addr = APP_SECTOR_ADDR;
	unsigned long total_bytes_read = 0;
	UINT bytes_read;

	fres=f_mount(&fs[0],"0:",1); 				//挂载FLASH.	
	if(fres==FR_OK)                             //FLASH磁盘,FAT文件系统正常
	{
		printf("Flash disk OK!\r\n");
	}
	// 判断sd卡根目录下是否有firmware.bin文件
	fres = f_stat("0:/firmware.bin", &fno);
	if(fres == FR_OK)
	{
		printf("0:/firmware.bin”文件信息：\n");
		printf("》文件大小: %ld(字节)\n", fno.fsize);
		
		printf("sector_num=%d\r\n",get_mcu_flash_sector(flash_addr+(u32)fno.fsize)/8-4+1);

		mcu_flash_erase(flash_addr, get_mcu_flash_sector(flash_addr+(u32)fno.fsize)/8-4+1);
	}
	else{
		printf("firmware.bin not found!\r\n");
	}

	if(fres == FR_OK) 
	{
		// 文件存在
		printf("firmware.bin found, size: %lu bytes\r\n", fno.fsize);
		printf("开始更新固件...\r\n");

		// 打开固件文件
		fres = f_open(&firmware_file, "0:/firmware.bin", FA_READ);
		
		if(fres == FR_OK) 
		{
			// 循环读取文件内容
			while (total_bytes_read < fno.fsize)
			{
				// 读取数据块到缓冲区
				fres = f_read(&firmware_file, file_buffer, 512, &bytes_read);
				if (fres != FR_OK || bytes_read == 0)
				{
					// 读取出错或到达文件末尾
					printf("读取文件失败或文件已结束，错误码: %d\r\n", fres);
					break;
				}
				// 写入到FLASH
				printf("正在写入地址 0x%08X，大小: %u 字节\r\n", flash_addr, bytes_read);
				
				mcu_flash_write(flash_addr, file_buffer, bytes_read);

				// 更新计数器和地址
				total_bytes_read += bytes_read;
				flash_addr += bytes_read;
				
				// 显示进度
				printf("更新进度: %lu/%lu bytes\r\n", 
							 total_bytes_read, fno.fsize);
			}
		
			// 关闭文件
			f_close(&firmware_file);
			
			if (total_bytes_read == fno.fsize) 
			{
				printf("固件更新完成! 共写入 %lu 字节\r\n", total_bytes_read);
			} else {
				printf("固件更新未完成! 已写入 %lu/%lu 字节\r\n", total_bytes_read, fno.fsize);
			}
		}
	}	
	else 
	{
		// 文件不存在
		printf("firmware.bin not found!\r\n");
	}
}
4、程序跳转

        跳转这部分网上也很多，基本没什么区别，语句很少，建议每一步都去查一下大概意思。

tips：本文的开发环境有128k ram，所以下列语句需要判断跳转地址是否超出。

if (((*(__IO uint32_t*)appxaddr) & 0x2FFE0000 ) == 0x20000000)

详细参考以下文章：

关于STM32单片机IAP升级中if(((*(__IO uint32_t*)ulAddr_App) & 0x2FFE0000) == 0x20000000)语句的理解-CSDN博客

iapfun jump2app;

uint8_t iap_load_app(uint32_t app_addr) 
{
    uint32_t jump_addr;

    if (((*(__IO uint32_t*)app_addr) & 0x2FFE0000 ) == 0x20000000) 
	{  
        jump_addr = *(__IO uint32_t*) (app_addr + 4);  
        jump2app = (iapfun)jump_addr;  
        __set_MSP(*(__IO uint32_t*)app_addr);  
        jump2app();
        return 1;
    } 
    return 0;
}

三、APP程序制作

        这部分只需要设置一下flash的偏移量。

NVIC_SetVectorTable (NVIC_VectTab_FLASH, 0x08010000);	//向量重定向

四、工程配置（默认KEIL5）

BootLoader部分：0x08000000~0x0800FFFF

 

APP部分：0x08010000~0x080F0000

五、运行测试 

（1）首先将firmware.bin固件存放到SD卡的根目录。      

（2）没插上SD卡的情况，直接进入APP程序。

（3）上电前插入SD卡后启动的情况，可以看到检测到SD卡并且打印SD卡的基础信息，找到firmware.bin文件后就开始按512字节写入APP的起始地址，写完后进入新的APP程序。之后需要拔出SD卡，不然每次上电都会执行更新程序步骤。 

 

结束语

        以上SD卡升级stm32单片机功能已实现，思路和我前面写的文章一模一样，思路理解了就能一直套娃了，所以便一股脑移植SD卡了，建议大家在移植的时候对照着文档或者SDK直接移植过来，当然用HAL库更好。后面大家看到的也希望可以得到大家的指点或者互动，感谢各位亦菲彦祖们了。

完整代码下载地址：SD卡升级stm32固件资源-CSDN下载

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