STM32单片机Bootloader的实现

Baekhyn0506 2023-01-11 6968

控制/MCU

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之前一篇的文章中，主要介绍了STM32的启动流程和内存主要空间的分配，这篇文章将在上一篇文章的基础上，来阐述一下STM32 Bootloader的实现。

STM32的内存划分

前面文章我们说了，STM32上电后会从0x08000000地址处开始运行，因此，如果我们想要使得STM32在上电之处直接进入进Bootloader，那么其内存的起始地址必须要从0x08000000处开始。这一步是由单片机的硬件所决定的，无法通过软件干预。

因此，在我们使用Keil软件设计STM32 Bootloader的时候，一定要在Keil的工程中设置这个地址，当然，如果你不设置也没关系，因为Keil默认就是将单片机的软件编译到此地址的。如图1所示。

STM32

图1 Keil上电起始地址的设置

另外在说一点，起始地址右边的Size我们也需要关注下，因为这个参数会影响到后续的内存空间分配。

好了，接下来假设我们有一块Flash容量为64KB的芯片，我们来为其划分一下内存空间。我们来计算下它的地址范围为多少。

起始地址不需要多说，就是0x08000000。

64K的地址空间该怎么算呢？这个其实是一个进制转换的问题，我们知道，在十进制中，1KB=1024个字节，而我们计算机中的一个字节就是一个地址单元，因此只要要使用64KB*1024就可以得出有多少个（十进制）地址单元了。又由于计算机中的地址都是按照十六进制编码来排列的，所以还需要将这个十位数的地址空间转换成十六进制，这个地址空间就是0x10000。注意，以上这个0x10000指的是地址空间，指明64K Flash中有0x10000个字节的存储单元，而我们的内存地址又是从0开始计算的，因此最终的地址范围就是0x08000000~0x08010000。

计算出以上的地址范围之后，我们就需要对其来划分功能区了，首先假设我们的Bootloader不带OTA（On The Air）升级功能，因此整个内存空间至少要划分成两个部分，第一个部分是从0x08000000起始的Bootloader区域，假设长度为X，第二个部分是紧接着（当然也可以不仅接着）Bootloader区域的应用区域，其地址范围为0x08000000 + X，其长度为Y。

这个地址的划分可以现根据Bootloader最终编译的大小进行动态改变，不过需要注意的是，STM32内存划分要以半页为最小单位，因为在对Flash编程时，都是按照半页来擦除的，所以如果你的程序不按照半页来对齐，那么擦出的时候就会很尴尬，半页=32个字=128个字节。

基于上述原因，我们暂定STM32中，前10K地址存放Bootloader程序，后面的地址，存放应用，如图2所示。

STM32

图2 STM32内存划分

Bootloader代码设计

Bootloader这个东西，对于我们来说是一个特殊的程序，但是对于计算机来说，它和千千万万的普通程序没有任何差别，因此我们也需要对这个程序进行初始化，你可以设置时钟，设置串口或者CAN总线资源等。这些都是必须要进行的，我们文中就不讨论。

比较重要的需要讨论的一点是跳转程序，因为Bootloader除了完成一些额外的不适宜在应用中完成的工作之外，最重要的一点就是程序跳转，即“JampToApp()”。所谓的程序跳转，那么程序跳转该怎么实现呢？

思考下，跳转最终就是通过Bootloader跳转到APP的地址处，在C语言中和跳转直接相关的便是指针了，因此既能保证跳转到某个地址，又能保证是类似于函数能被运行的，就只有“指向函数的指针“这一项了。没错，Bootloader的“JampToApp()”操作就是一个函数指针，只需要获知APP区的地址，就可以进行跳转了。

我们在上一节中以及指定了APP的地址就是0x08002800，那么是否只要跳转到这个地址就可以了呢？答案当然是否定的，因为我们之前说过，STM32内存空间最起始的4个字节地址，存放的是栈顶指针，因此我们需要跳转到0x08002800+4的地址处。

在跳转的过程中，关闭中断等工作也是必须的，具体代码如图3所示。

STM32

图3 Bootloader中的跳转程序

上面代码中，有一个自定义的“TYP_drcPtr”类型，它起始只是一个void类型。

typedef void (*TYP_drcPtr)(void); //Define the jump pointer

跳转问题解决了，接下来的问题就是何时跳转？

这个何时跳转很重要，我建议在程序的一开始，初始化Systemclock之前就去判断和跳转，因为STM32如果你在Bootloader中初始化了Systemclock之后，再去APP区初始化，会造成硬件错误，因此我建议大家在设计Bootloader的时候，程序一开始就是去检测能否满足跳转条件，满足了立马跳，不满足再去执行硬件的初始化程序。如图4所示。

STM32

图4 STM32跳转时机

好了，最后说一句，“Talk is easy， show me your code”，我已经调试成功的bootloader请自行git。

https://gitee.com/huangqilong119/STM32_bootloader.git

关于STM32的Flash编程又是另外一个故事了，我们后续再说。

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