【STM32F407開發板使用者手冊】第29章 STM32F407的系統bootloader之USB DFU方式韌體升級
阿新 • • 發佈：2020-07-24
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第29章 STM32F407的系統bootloader之USB DFU方式韌體升級
本章節為大家講解使用系統bootloader做程序升級的方法，即使不依賴外部boot引腳也可以方便升級。
DFU的全稱是Device Firmware Upgrade,即裝置韌體升級
29.1 初學者重要提示
29.2 跳轉到系統bootloader的程式設計
29.3 STM32CubeProg的安裝說明
29.3 STM32CubeProg的程式下載說明
29.4 USB DFU方式系統bootloader驅動移植和使用
29.6 實驗例程設計框架
29.7 實驗例程說明（MDK）
29.8 實驗例程說明（IAR）
29.9 總結
29.1 初學者重要提示
- 學習本章節前，務必優先學習第28章。
- 本章用到的相關軟體和文件下載：http://www.armbbs.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=96573 。
- 軟體STM32CubeProg和DfuSe都支援USB DFU，但是兩個軟體不能都安裝使用，因為這兩個軟體的USB驅動不同，導致工作在系統bootloader模式的板子通過USB線接到電腦端時，只有一個軟體的驅動被識別。
- DfuSe是老版的USB DFU軟體，不推薦大家使用了。建議使用STM32CubeProg，此軟體實現了之前的DfuSe，STLINK小軟體和Flashloader三合一，並且支援外部EEPROM，NOR Flash，SPI Flash，NAND Flash等燒寫，也支援OTA程式設計。
- 本章節的USB DFU的下載軟體採用STM32CubeProg，如果想使用DfuSe的話，此貼有詳細說明：http://www.armbbs.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=11185 。
- 當晶片工作在系統bootLoader的USB DFU模式，更新完畢程式後，不會自動退出USB DFU，需要重新復位晶片後才會退出。由於DFU模式會用到USB線，插拔USB線是難以避免的，所以是否支援自動退出，並不影響。
29.2 跳轉到系統bootLoader的程式設計
程式設計如下，基本是按照第28章3.2小節的方法進行設計
1. /* 2. ****************************************************************************************************** 3. * 函 數 名: JumpToBootloader 4. * 功能說明: 跳轉到系統BootLoader 5. * 形 參: 無 6. * 返 回 值: 無 7. ****************************************************************************************************** 8.*/ 9. static void JumpToBootloader(void) 10. { 11. uint32_t i=0; 12. void (*SysMemBootJump)(void); /* 宣告一個函式指標 */ 13. __IO uint32_t BootAddr = 0x1FFF0000; /* STM32F4的系統BootLoader地址 */ 14. 15. /* 關閉全域性中斷 */ 16. DISABLE_INT(); 17. 18. /* 關閉滴答定時器，復位到預設值 */ 19. SysTick->CTRL = 0; 20. SysTick->LOAD = 0; 21. SysTick->VAL = 0; 22. 23. /* 設定所有時鐘到預設狀態，使用HSI時鐘 */ 24. HAL_RCC_DeInit(); 25. 26. /* 關閉所有中斷，清除所有中斷掛起標誌 */ 27. for (i = 0; i < 8; i++) 28. { 29. NVIC->ICER[i]=0xFFFFFFFF; 30. NVIC->ICPR[i]=0xFFFFFFFF; 31. } 32. 33. /* 使能全域性中斷 */ 34. ENABLE_INT(); 35. 36. /* 設定重對映到系統Flash */ 37. __HAL_SYSCFG_REMAPMEMORY_SYSTEMFLASH(); 38. 39. /* 跳轉到系統BootLoader，首地址是MSP，地址+4是復位中斷服務程式地址 */ 40. SysMemBootJump = (void (*)(void)) (*((uint32_t *) (BootAddr + 4))); 41. 42. /* 設定朱堆疊指標 */ 43. __set_MSP(*(uint32_t *)BootAddr); 44. 45. /* 在RTOS工程，這條語句很重要，設定為特權級模式，使用MSP指標 */ 46. __set_CONTROL(0); 47. 48. /* 跳轉到系統BootLoader */ 49. SysMemBootJump(); 50. 51. /* 跳轉成功的話，不會執行到這裡，使用者可以在這裡新增程式碼 */ 52. while (1) 53. { 54. 55. } 56. }
這裡把程式設計中的幾個關鍵地方做個說明：
- 第12行，宣告一個函式指標。
- 第13行，這個要特別注意，F4的系統bootloader地址。
- 第19到21行，設定滴答定時器到復位值。
- 第24行，此函式比較省事，可以方便的設定F4所有時鐘到復位值，內部時鐘使用HSI。
- 第27到31行，清除所有中斷掛起標誌並關閉中斷，這裡是直接通過一個for迴圈設定了NVIC所有配置位，共8組。
- 第37行，將系統bootloader的地址對映到0x0000 0000。這點非常重要，根本原因是F4的系統bootloader要從0x00000000地址讀取中斷向量。
- 第40行，將系統bootLoader的中斷復位服務程式的入口地址賦給第12行宣告的函式，使用者執行這個函式時，就會直接跳轉過去。
- 第43行，設定主堆疊指標位置，即系統bootloader的首地址儲存的就是棧地址。
- 第46行，這個設定在RTOS應用程式中比較重要，因為基於Cortex-M核心的RTOS任務堆疊基本都是使用執行緒堆疊指標PSP。但系統bootLoader使用的是主堆疊指標MSP，所以務必要設定下，同時讓M核心工作於特權級。此暫存器的作用如下：
- 第49行，跳轉到系統bootLoader。
29.3 STM32CubeProg的安裝說明
STM32CubeProg的安裝比較簡單如果大家的電腦中缺少JAVA環境，會提示安裝，按照提示操作即可。
這裡特別注意USB DFU驅動的安裝，如果大家的電腦上安裝了DfuSe軟體，那邊板子工作在系統bootLoader模式時，電腦端的裝置管理器識別出來的標識是這樣的：
如果用STM32CubeProg的話，務必要將此驅動刪掉，滑鼠右擊此標識，選擇解除安裝，彈出如下對話方塊：
解除安裝完畢後，重啟電腦，然後執行STM32CubeProg安裝目錄裡面的STM32Bootloader.bat即可，最後插上裝置就可以正常識別了。識別後的標識：
29.4 STM32CubeProg的程式下載說明
這裡把兩種下載方式都做個說明，一種是設定外部boot引腳進行下載，另一種是設定程式跳轉到系統bootloader進行下載。
29.4.1 設定boot引腳跳轉到系統bootLoader
- 第1步：此介面插上USB線：
- 第2步：板子上電前按住右下角的BOOT引腳。
- 第3步：板子上電3秒左右，鬆手。
在電腦端裝置管理器就可以看到已經識別出來：
29.4.2 應用程式跳轉到系統bootloader
應用程式跳轉到系統bootLoader比較方便，無需使用者操作外接的boot引腳了，只需呼叫本章第2小節的程式就可以跳轉。本章配套的例子是使用者按下按鍵K1後執行跳轉程式，大家可以根據需要實現各種觸發跳轉的方式。跳轉成功後，在電腦端裝置管理器裡面也會看到bootloader標識：
29.4.3 STM32CubeProg下載程式設定
識別成功後就可以下載程式了。
第1步，選擇USB方式，點選Connect按鈕。
識別成功後的效果如下：
這裡要特別注意一點，如果使用者沒有關閉這個軟體，多次插拔USB線時，記得點選這裡的重新整理按鈕，因為有時候這個軟體不會自動顯示出來，點選重新整理按鈕才行。
第2步，新增要下載的hex檔案，勾選需要設定的選項，點選啟動程式設計。
- Start address選項不填的話，預設會下載到內部Flash的首地址，保險起見，大家也可以填上首地址0x0800 0000，或者其它要下載的地址。
- Run after programming選項勾選或者不勾選均可，因為測試發現STM32CubeProg不支援USB DFU程式設計後執行。這樣特別說一點，如果勾上此選項後，下載完畢程式後，會自動斷開連線，並彈出一些列視窗，最終彈出下面這個視窗：
彈出這個視窗並不是表示下載失敗了，而是下載完成後退出了系統bootloader。
第3步，完成下載後的效果如下：
下載完成後板子重新上電就可以看到程式已經成功下載了。
29.5 USB DFU方式系統Bootloader驅動移植和使用
系統bootloader的移植比較簡單，僅需新增本章第2小節的程式到自己工程裡面即可。裡面有個開關中斷API，是在bsp.h檔案裡面定義的：
/* 開關全域性中斷的巨集 */ #define ENABLE_INT() __set_PRIMASK(0) /* 使能全域性中斷 */ #define DISABLE_INT() __set_PRIMASK(1) /* 禁止全域性斷 */
29.6 實驗例程設計框架
通過程式設計框架，讓大家先對配套例程有一個全面的認識，然後再理解細節，本次實驗例程的設計框架如下：
第1階段，上電啟動階段：
- 這部分在第14章進行了詳細說明。
第2階段，進入main函式：
- 第1部分，硬體初始化，主要是HAL庫，系統時鐘，滴答定時器和LED。
- 第2部分，應用程式設計部分，K1按鍵按下後跳轉到系統bootloader。。
29.7 實驗例程說明（MDK）
配套例子：
V5-009_基於系統bootloader的USB介面方式IAP升級（USB DFU）
實驗目的：
- 學習基於系統bootloader的USB介面方式IAP升級。
實驗內容：
- STM32的系統儲存區自帶BootLoader，可以方便的實現串列埠，I2C，CAN，SPI，USB等介面方式的程序升級。
- 如果使用系統BootLoader支援的介面升級方式，基本就不需要使用者自己做BootLoader了。
- 除了通過boot引腳控制啟動地址，也可以直接從應用程式裡面跳轉到系統儲存區。
實驗操作：
- K1鍵按下，跳轉到系統BootLoader。
上電後串列埠列印的資訊：
波特率 115200，資料位 8，奇偶校驗位無，停止位 1。
程式設計：
系統棧大小分配：
硬體外設初始化
硬體外設的初始化是在 bsp.c 檔案實現：
/* ********************************************************************************************************* * 函 數 名: bsp_Init * 功能說明: 初始化所有的硬體裝置。該函式配置CPU暫存器和外設的暫存器並初始化一些全域性變數。只需要呼叫一次 * 形 參：無 * 返 回 值: 無 ********************************************************************************************************* */ void bsp_Init(void) { /* STM32F407 HAL 庫初始化，此時系統用的還是F407自帶的16MHz，HSI時鐘: - 呼叫函式HAL_InitTick，初始化滴答時鐘中斷1ms。 - 設定NVIV優先順序分組為4。 */ HAL_Init(); /* 配置系統時鐘到168MHz - 切換使用HSE。 - 此函式會更新全域性變數SystemCoreClock，並重新配置HAL_InitTick。 */ SystemClock_Config(); /* Event Recorder： - 可用於程式碼執行時間測量，MDK5.25及其以上版本才支援，IAR不支援。 - 預設不開啟，如果要使能此選項，務必看V5開發板使用者手冊第8章 */ #if Enable_EventRecorder == 1 /* 初始化EventRecorder並開啟 */ EventRecorderInitialize(EventRecordAll, 1U); EventRecorderStart(); #endif bsp_InitKey(); /* 按鍵初始化，要放在滴答定時器之前，因為按鈕檢測是通過滴答定時器掃描 */ bsp_InitTimer(); /* 初始化滴答定時器 */ bsp_InitUart(); /* 初始化串列埠 */ bsp_InitExtIO(); /* 初始化擴充套件IO */ bsp_InitLed(); /* 初始化LED */ BEEP_InitHard(); /* 初始化蜂鳴器 */ }
主功能：
主程式實現如下操作：
- 啟動一個自動重灌軟體定時器，每100ms翻轉一次LED2。
- K1鍵按下，跳轉到系統BootLoader。
/* ********************************************************************************************************* * 函 數 名: main * 功能說明: c程式入口 * 形 參: 無 * 返 回 值: 錯誤程式碼(無需處理) ********************************************************************************************************* */ int main(void) { uint8_t ucKeyCode; /* 按鍵程式碼 */ bsp_Init(); /* 硬體初始化 */ PrintfLogo(); /* 列印例程名稱和版本等資訊 */ PrintfHelp(); /* 列印操作提示 */ bsp_StartAutoTimer(0, 100); /* 啟動1個100ms的自動重灌的定時器 */ while (1) { bsp_Idle(); /* 這個函式在bsp.c檔案。使用者可以修改這個函式實現CPU休眠和喂狗 */ /* 判斷定時器超時時間 */ if (bsp_CheckTimer(0)) { /* 每隔100ms 進來一次 */ bsp_LedToggle(2); } /* 按鍵濾波和檢測由後臺systick中斷服務程式實現，我們只需要呼叫bsp_GetKey讀取鍵值即可。 */ ucKeyCode = bsp_GetKey(); /* 讀取鍵值, 無鍵按下時返回 KEY_NONE = 0 */ if (ucKeyCode != KEY_NONE) { switch (ucKeyCode) { case KEY_DOWN_K1: /* K1鍵按下，K1鍵按下，跳轉到系統BootLoader */ JumpToBootloader(); break; default: /* 其它的鍵值不處理 */ break; } } } }
29.8 實驗例程說明（IAR）
配套例子：
V5-009_基於系統bootloader的USB介面方式IAP升級（USB DFU）
實驗目的：
- 學習基於系統bootloader的USB介面方式IAP升級。
實驗內容：
- STM32的系統儲存區自帶bootLoader，可以方便的實現串列埠，I2C，CAN，SPI，USB等介面方式的程序升級。
- 如果使用系統bootLoader支援的介面升級方式，基本就不需要使用者自己做bootLoader了。
- 除了通過boot引腳控制啟動地址，也可以直接從應用程式裡面跳轉到系統儲存區。
實驗操作：
- K1鍵按下，跳轉到系統bootLoader。
上電後串列埠列印的資訊：
波特率 115200，資料位 8，奇偶校驗位無，停止位 1。
程式設計：
系統棧大小分配：
硬體外設初始化
硬體外設的初始化是在 bsp.c 檔案實現：
/* ********************************************************************************************************* * 函 數 名: bsp_Init * 功能說明: 初始化所有的硬體裝置。該函式配置CPU暫存器和外設的暫存器並初始化一些全域性變數。只需要呼叫一次 * 形 參：無 * 返 回 值: 無 ********************************************************************************************************* */ void bsp_Init(void) { /* STM32F407 HAL 庫初始化，此時系統用的還是F407自帶的16MHz，HSI時鐘: - 呼叫函式HAL_InitTick，初始化滴答時鐘中斷1ms。 - 設定NVIV優先順序分組為4。 */ HAL_Init(); /* 配置系統時鐘到168MHz - 切換使用HSE。 - 此函式會更新全域性變數SystemCoreClock，並重新配置HAL_InitTick。 */ SystemClock_Config(); /* Event Recorder： - 可用於程式碼執行時間測量，MDK5.25及其以上版本才支援，IAR不支援。 - 預設不開啟，如果要使能此選項，務必看V5開發板使用者手冊第8章 */ #if Enable_EventRecorder == 1 /* 初始化EventRecorder並開啟 */ EventRecorderInitialize(EventRecordAll, 1U); EventRecorderStart(); #endif bsp_InitKey(); /* 按鍵初始化，要放在滴答定時器之前，因為按鈕檢測是通過滴答定時器掃描 */ bsp_InitTimer(); /* 初始化滴答定時器 */ bsp_InitUart(); /* 初始化串列埠 */ bsp_InitExtIO(); /* 初始化擴充套件IO */ bsp_InitLed(); /* 初始化LED */ BEEP_InitHard(); /* 初始化蜂鳴器 */ }
主功能：
主程式實現如下操作：
- 啟動一個自動重灌軟體定時器，每100ms翻轉一次LED2。
- K1鍵按下，跳轉到系統BootLoader。
/* ********************************************************************************************************* * 函 數 名: main * 功能說明: c程式入口 * 形 參: 無 * 返 回 值: 錯誤程式碼(無需處理) ********************************************************************************************************* */ int main(void) { uint8_t ucKeyCode; /* 按鍵程式碼 */ bsp_Init(); /* 硬體初始化 */ PrintfLogo(); /* 列印例程名稱和版本等資訊 */ PrintfHelp(); /* 列印操作提示 */ bsp_StartAutoTimer(0, 100); /* 啟動1個100ms的自動重灌的定時器 */ while (1) { bsp_Idle(); /* 這個函式在bsp.c檔案。使用者可以修改這個函式實現CPU休眠和喂狗 */ /* 判斷定時器超時時間 */ if (bsp_CheckTimer(0)) { /* 每隔100ms 進來一次 */ bsp_LedToggle(2); } /* 按鍵濾波和檢測由後臺systick中斷服務程式實現，我們只需要呼叫bsp_GetKey讀取鍵值即可。 */ ucKeyCode = bsp_GetKey(); /* 讀取鍵值, 無鍵按下時返回 KEY_NONE = 0 */ if (ucKeyCode != KEY_NONE) { switch (ucKeyCode) { case KEY_DOWN_K1: /* K1鍵按下，K1鍵按下，跳轉到系統BootLoader */ JumpToBootloader(); break; default: /* 其它的鍵值不處理 */ break; } } } }
29.9 總結
本章節為大家介紹的USB DFU方式還是非常實用的，特別是產品硬體不帶boot引腳時。