原创 从今天开始,像使用U盘一样,升级STM32

2018-10-25 17:21 1162 2 分类: MCU/ 嵌入式 文集: 嵌入式
没有想过,像使用U盘一样升级STM32固件,非常简单,非常方便



1: 插入电脑USB接口


2: 把升级固件拖到设备盘符


3: 升级完成


抛弃繁琐的USB DFU,抛弃落后的串口升级,让我们来谈谈U盘升级STM32


1. 为什么设计这个BOOT  LOADER

在电子产品开发过程中,为了满足市场需要,经常是先开发出一个简单可用的版本,然后逐步迭代升级,修复bug,并增强系统功能

一个稳定,简单,安全的升级方式,就变得非常重要

对于嵌入式系统来说,常见的升级方式为

串口升级(私有协议或者X-Modem)

USB升级(DFU)

U盘升级(OTG)

网络升级

无线升级(OTA)

从技术来说,这几种升级方式大同小异,原理类似:都是一个Loader代理接收数据通道的数据,然后解密,烧录到FLASH中;但用户体验完全不同,拿串口升级来说,首先用户需要一个串口软件,然后对于没有硬件串口的PC来说,就需要一个USB转串口设备,对于不同PC平台,串口软件就不一样,这需要学习成本,过程繁琐;所以在一些需要用户自行升级远程设备的情况下,即便是通过电话指导,80%的用户仍然不知道怎么升级,导致失败

USB的DFU升级,也是类似的问题,它设计的初衷就是面向专业用户的,而不是小白!所以需要安装DFU软件,按照手册来一步步升级

OTA升级和网络升级,体验好些,可用做到无感升级,但不适合所有场景

而U盘升级,用户学习成本最低,U盘大家都知道,然后拷贝一个Bin文件进去,插入设备,重启设备,就完成升级了,非常简单。类似的变种,比如手机升级,是最先进的,直接将手机模拟成U盘,然后用户拷贝数据到手机,重启就好了,非常简单

在嵌入式系统中,还没这么方便的升级手段,虽然ARM的Mbed有一种类似的固件更新功能,但它是专门为调试器设计的,不能内嵌到用户MCU中


所以,我将手机升级的方案引入到嵌入式系统中,从而为大家提供一个实现稳定,安全,零学习成本的升级方案

经过一段时间的学习研究,有了这个USB MSD Bootloader


2. 功能特点

只占用15K FLASH空间

简单易用,直接拖拽文件进行固件升级,无需任何专业知识

采用USB大容量设备类,不用安装任何驱动

支持各种系统(Windows/Linux/Mac/Android)

不用开发任何上位机,提高产品效率

支持各种加密算法(AES256等),轻松安全升级

自动识别Bin,Hex,自定义加密固件(后缀为sec)文件

支持MD5文件校验机制,保证固件升级的完整性

显示设备升级状态信息

支持长文件名升级

多种措施保证系统健壮性,保证Bootloader不会被误擦除,保证APP合法性

支持用户自定义加密算法和完整校验算法,极致安全

3. 系统原理

系统开机上电后,Bootloader接管系统,初始化USB硬件,等待USB连接

Bootloader在启动后1秒内,检测USB是否连接PC:如果连接PC,则进入固件升级模式,执行第3步;超时则跳转第8步,尝试执行用户APP

Bootloader模拟成MSD设备,构建FAT16虚拟文件系统,U盘名为”Bootloader”,容量为100M,但具体实际可用空间,根据用户MCU来确定,建议不要复制除APP之外的无关文件

当用户复制文件到U盘时,Bootloader会判断文件后缀和判断文件size,如果size大于实际的MCU可用FLASH或者文件后缀不合法,则进入错误状态,更新状态文件,重新枚举USB

文件后缀和size通过检测后,Bootloader会截获PC发送文件数据流,并写入MCU 对应的Flash中

如果写入过程中出错,则终止操作,擦除APP内容,进入错误状态,更新状态文件,重新枚举USB

成功写入后,Bootloader更新状态文件,重新枚举USB,显示升级完成;但不会运行APP,只有拔掉USB后,再次重启,才会进入第8步,尝试运行APP

Bootloader检查APP固件的栈和入口函数合法性,只有通过检测后,才开始执行APP。检测判断条件是栈指针必须在RAM地址空间内,入口函数地址必须处于THUMB模式,并LSB为1

停止USB设备,关掉所有的中断,执行APP,APP开始接管系统
                                               
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