STM32的bootloader探究
OTA
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OTA（Over-The-Air Technology，空中下载技术）是一种通过无线网络对设备进行远程升级的技术。这种技术最初在PC电脑和移动手机行业中得到应用，近年来在汽车行业中也得到了广泛的应用。
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IAP：In-Application Programming (IAP) 是一种使微控制器（MCU）能够在系统运行时更新自身固件的技术。这种技术允许设备在现场升级，而无需通过传统的编程器或调试器。IAP通常通过使用MCU的通信接口，如UART、USB或CAN等来实现。此外，还支持通过各种通信协议进行，如以太网、Wi-Fi或蜂窝网络,bootloader即是实现这种功能的代码。
- 注意这里是在程序运行时编程。
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XIP：烧写到flash上，直接在flash上执行
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Z-Modem：是一个高级的文件传输协议，主要用于计算机之间的文件传输，尤其是在拨号网络和早期互联网时代非常流行。相比于X-Modem和Y-Modem协议，Z-Modem提供了更高的传输速度、错误恢复能力以及自动文件名和文件大小的协商，极大地提高了文件传输的效率和可靠性。
Z-Modem协议的几个关键特点包括：
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自动握手与错误纠正：Z-Modem能够自动进行连接握手，无需用户干预，而且具备强大的错误检测和纠正机制，可以在嘈杂的通信线路中保证数据的完整性。
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高速传输：通过使用更大块的数据包（可达32K字节），Z-Modem能够比X-Modem和Y-Modem更快地传输文件。
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流控与中断恢复：Z-Modem支持双向的流控制，能够在传输过程中动态调整数据速率，以适应当前的线路条件。此外，它还支持断点续传，即使传输中断也能从中断处继续，无需重新开始。
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自动文件名与方向检测：Z-Modem协议能够自动传输文件名和文件大小信息，接收方可以决定是否接受传输。同时，它能够自动检测文件传输的方向，无需用户指定发送或接收。
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透明数据传输：支持二进制文件的无缝传输，无需对特殊字符进行转义，提高了文件传输的通用性。
尽管随着网络技术的发展，如FTP、HTTP、SCP等协议在今天的网络文件传输中更为常见，Z-Modem因其高效和健壮性，在某些特定场景下（如复古计算、嵌入式系统或不可靠网络环境）仍有一定的应用价值。
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bootloader功能总结
- 简单的bootloader：跳转到app去执行
- 复杂的bootloader：U-boot——初始化硬件，启动内核，调试作用
第一个bootloader
无异常向量
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分为两个程序，一个程序是bootloader，烧写在flash开始的地方；另一个为app，烧写到bootloader跳转的地方。
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实现的功能：bootloader程序在上电之后初始化串口，然后跳转到app的地址去运行打印，打印出信息。
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程序解析：
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bootloader程序的启动程序
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bootloader的main函数:
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app的启动文件：
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app的main函数：
- 这里的main函数需设置为mymain，暂不得知，留待
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有异常向量
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bootloader的启动文件不变，main函数：
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app的启动文件：
使用汇编跳转
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为什么要使用汇编代码来跳转？
- cortex - m3 使用向量表机制，向量表记录了异常处理的入口。且异常发生时，会由硬件为我们从存储器的向量表中自动定位异常处理的入口。
- 处理器上电复位时，硬件会从向量表头两个字取出赋给sp 和 pc。
- 因为我们想要让我们的app程序仍然像往常一样写，则我们要软件上实现将app的向量表上的值赋值给sp，pc等寄存器。
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程序解析：
- bootloader的main函数
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bootloader的汇编文件：
重定位vector
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使用SCB的向量表偏移寄存器
，将向量表的地址定位到app的地址。 -
程序解析：
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bootloader的main函数：
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bootloader的汇编文件：
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第二个bootloader
- 有一种bootloader，硬件上电之后，bootloader跳转到app运行，app将自己从flash复制到RAM中去运行。
程序链接到任意处 使用绝对跳转会遇到问题
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程序解析：
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当我们把app程序链接到RAM中，且程序中使用绝对跳转的指令，直接使用例如指针赋值等指定的地址时，会导致程序从指针指向的地址运行，导致无法运行。
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app的汇编文件：
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app的main函数：
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app的反汇编文件：
- 联系上图查看
app将自身复制到运行的地方
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程序解析：
- bootloader不变，仍然重定位向量表地址，将app中的向量表第一个放到sp，跳转到向量表第二个0x08040009进行执行
- 这里app将自身的一份复制到RAM中，涉及到绝对跳转时，不会出错，但是跳转之后仍然会返回到FLASH中继续执行，也可以直接使用绝对跳转。
- app的汇编文件：
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app的main文件：
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遇到的问题：
- 在MDK中，将链接地址设置到RAM中，无法将程序下载到ROM中。
- 没有找到烧写这段程序的算法：
- 在MDK中，将链接地址设置到RAM中，无法将程序下载到ROM中。
- 解决：需要使用别的烧写工具，比如STM32CubeProgramer
第三个bootloader
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复制的方式，可以用于烧写的地方不是可以执行的地方（XIP），比如我们烧写到外部SD卡，spi-flash等等大容量的设备上
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这时要bootloader将程序复制到ROM或者RAM，然后跳到程序去运行。
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三个要素：
- 源：SD卡，外扩的flash
- 目的：链接地址
- 固定的链接地址
- app灵活，我们可以在烧写的程序前面加上一个头部，bootloader解析这个头部，然后根据头部的信息进行复制
- 长度
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如何生成这个头部？
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使用U-boot的工具，mkimage.exe，可以生成带头部的image文件
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./mkimage.exe -n "f103ZET6_app" -a(加载地址) 0x20000000 -e(入口地址) 0x20000008 -d app.bin app_with_header.bin
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程序解析：
- bootloader main文件：
- bootloader的启动文件：
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- 遇到的问题：
- 当把程序复制到RAM中去执行是可以的，但是复制到Flash中会出现崩溃，原因是默认Flash是上锁的，要对他进行写操作，需要先解锁擦除
- 对内部Flash不像对SRAM直接用指针操作，所以是不能用指针操作的
第四个bootloder
修改异常向量的地址：
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硬件支持，通过重定位向量表寄存器修改向量表地址
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有一些硬件并不支持重定位向量表，发生异常时，仍然在bootloader中的异常向量表去寻找。
- 怎么办呢，将bootloader中的异常向量指向app的异常向量
bootloader的框架
- 使用分层的思想，将各层进行抽象
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移植shell
- 单片机上的shell程序上会是什么样的？
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- 一定是死循环等待输入，输入的字符存入buffer
- 我们输入键盘，会有显示出来：输入的字符通过串口线到板子上，板子再将字符传回PC做回显
- 特殊字符处理：删除键，上下箭头显示历史命令，回车
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命令行传参
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int argc, char **argv是C语言中用于命令行参数传递的两个典型变量，通常在主函数（main function）的定义中见到。它们用于接收程序启动时从命令行传入的参数。让我们逐个解析这两个参数：-
int argc: 这个参数代表了“argument count”，即传入程序的参数个数。它是一个整数，总是大于等于1。argc至少为1，是因为程序名称自身也被视为一个参数（即argv[0]）。如果用户没有提供额外的参数，argc将等于1；每增加一个额外的参数，argc的值就增加1。
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**char argv[]: 这个参数代表了“argument vector”，即一个指向字符指针的指针，也可以理解为一个字符串数组。它包含了指向各个参数的指针。每个指针都指向一个以空字符（'\0'）结尾的字符串，即C语言中的字符串。argv[0]通常是程序本身的名称或路径，argv[1]开始是用户提供的第一个参数，以此类推，直到argv[argc-1]。
举例说明，假设你有一个名为
myProgram的程序，用户在命令行中输入如下命令来运行它：myProgram -f input.txt -o output.txt在这个例子中，
argc将为4，因为总共有4个参数（包括程序名自身）。argv的内容如下：argv[0]指向"myProgram"argv[1]指向"-f"argv[2]指向"input.txt"argv[3]指向"-o"argv[4]指向"output.txt"argv[5]是NULL，表示参数列表的结束。
通过解析
argc和argv，程序可以了解用户在命令行中提供了哪些参数，以及如何根据这些参数调整行为。这是编写能够接受用户输入或配置的命令行工具的基础。 -
实现bootloader
- flash中分为两段，第一段为bootloader，第二段为包含头信息的烧写文件。
- bootloader的功能：
- 有一个shell，可以调试，z - modem接收串口传输的文件
- 根据头信息将程序加载到某个地址去执行
- bootloader的功能：
