STM32單片機Bootloader設計(上)

2022-01-01 樂創客

   STM32的啟動文件

STM32作為一款單片機，它的啟動方式很簡單，即當Boot配置了從內部Flash啟動模式之後，一上電程序就會從0x8000000地址處開始執行文件，因此我們在使用Keil設置程序起始地址的時候，需要將這個Flash地址設置成0x8000000，只有將這個地址設置成0x8000000，生成的hex文件才可以被正常燒錄到此地址，單片機上電之後才可以正常啟動。而如果使用J-Flash工具燒寫Hex文件時，這個地址會自動根據Hex文件解析出來。然而如果當你燒寫二進位Bin文件時，還需要手動將單片機的起始地址制定出來，關於Hex文件和Bin文件的異同點，這個又是可以長篇大論一番了，我們下次特別寫文章來講。

圖1 Keil設置起始地址和空間

STM32啟動文件

;********************* (C) COPYRIGHT 2017 STMicroelectronics ********************;* File Name          : startup_stm32l151xb.s;* Author             : MCD Application Team;* Description        : STM32L151XB Devices vector for MDK-ARM toolchain.;*                      This module performs:;*                      - Set the initial SP;*                      - Set the initial PC == Reset_Handler;*                      - Set the vector table entries with the exceptions ISR ;*                        address.;*                      - Configure the system clock;*                      - Branches to __main in the C library (which eventually;*                        calls main()).;*                      After Reset the Cortex-M3 processor is in Thread mode,;*                      priority is Privileged, and the Stack is set to Main.;********************************************************************************;*;* Copyright (c) 2017 STMicroelectronics. All rights reserved.;*;* This software component is licensed by ST under BSD 3-Clause license,;* the "License"; You may not use this file except in compliance with the;* License. You may obtain a copy of the License at:;*                        opensource.org/licenses/BSD-3-Clause;*;*******************************************************************************;* <<< Use Configuration Wizard in Context Menu >>>;; Amount of memory (in bytes) allocated for Stack; Tailor this value to your application needs; <h> Stack Configuration;   <o> Stack Size (in Bytes) <0x0-0xFFFFFFFF:8>; </h>
Stack_Size      EQU     0x00000400
                AREA    STACK, NOINIT, READWRITE, ALIGN=3Stack_Mem       SPACE   Stack_Size__initial_sp

; <h> Heap Configuration;   <o>  Heap Size (in Bytes) <0x0-0xFFFFFFFF:8>; </h>
Heap_Size       EQU     0x00000200
                AREA    HEAP, NOINIT, READWRITE, ALIGN=3__heap_baseHeap_Mem        SPACE   Heap_Size__heap_limit
                PRESERVE8                THUMB

; Vector Table Mapped to Address 0 at Reset                AREA    RESET, DATA, READONLY                EXPORT  __Vectors                EXPORT  __Vectors_End                EXPORT  __Vectors_Size
__Vectors       DCD     __initial_sp              ; Top of Stack                DCD     Reset_Handler             ; Reset Handler                DCD     NMI_Handler               ; NMI Handler                DCD     HardFault_Handler         ; Hard Fault Handler                DCD     MemManage_Handler         ; MPU Fault Handler                DCD     BusFault_Handler          ; Bus Fault Handler                DCD     UsageFault_Handler        ; Usage Fault Handler                DCD     0                         ; Reserved                DCD     0                         ; Reserved                DCD     0                         ; Reserved                DCD     0                         ; Reserved                DCD     SVC_Handler               ; SVCall Handler                DCD     DebugMon_Handler          ; Debug Monitor Handler                DCD     0                         ; Reserved                DCD     PendSV_Handler            ; PendSV Handler                DCD     SysTick_Handler           ; SysTick Handler
                ; External Interrupts                DCD     WWDG_IRQHandler           ; Window Watchdog                DCD     PVD_IRQHandler            ; PVD through EXTI Line detect                DCD     TAMPER_STAMP_IRQHandler   ; Tamper and Time Stamp                DCD     RTC_WKUP_IRQHandler       ; RTC Wakeup                DCD     FLASH_IRQHandler          ; FLASH                DCD     RCC_IRQHandler            ; RCC                DCD     EXTI0_IRQHandler          ; EXTI Line 0                DCD     EXTI1_IRQHandler          ; EXTI Line 1                DCD     EXTI2_IRQHandler          ; EXTI Line 2                DCD     EXTI3_IRQHandler          ; EXTI Line 3                DCD     EXTI4_IRQHandler          ; EXTI Line 4                DCD     DMA1_Channel1_IRQHandler  ; DMA1 Channel 1                DCD     DMA1_Channel2_IRQHandler  ; DMA1 Channel 2                DCD     DMA1_Channel3_IRQHandler  ; DMA1 Channel 3                DCD     DMA1_Channel4_IRQHandler  ; DMA1 Channel 4                DCD     DMA1_Channel5_IRQHandler  ; DMA1 Channel 5                DCD     DMA1_Channel6_IRQHandler  ; DMA1 Channel 6                DCD     DMA1_Channel7_IRQHandler  ; DMA1 Channel 7                DCD     ADC1_IRQHandler           ; ADC1                DCD     USB_HP_IRQHandler         ; USB High Priority                DCD     USB_LP_IRQHandler         ; USB Low  Priority                DCD     DAC_IRQHandler            ; DAC                DCD     COMP_IRQHandler           ; COMP through EXTI Line                DCD     EXTI9_5_IRQHandler        ; EXTI Line 9..5                DCD     0                         ; Reserved                DCD     TIM9_IRQHandler           ; TIM9                DCD     TIM10_IRQHandler          ; TIM10                DCD     TIM11_IRQHandler          ; TIM11                DCD     TIM2_IRQHandler           ; TIM2                DCD     TIM3_IRQHandler           ; TIM3                DCD     TIM4_IRQHandler           ; TIM4                DCD     I2C1_EV_IRQHandler        ; I2C1 Event                DCD     I2C1_ER_IRQHandler        ; I2C1 Error                DCD     I2C2_EV_IRQHandler        ; I2C2 Event                DCD     I2C2_ER_IRQHandler        ; I2C2 Error                DCD     SPI1_IRQHandler           ; SPI1                DCD     SPI2_IRQHandler           ; SPI2                DCD     USART1_IRQHandler         ; USART1                DCD     USART2_IRQHandler         ; USART2                DCD     USART3_IRQHandler         ; USART3                DCD     EXTI15_10_IRQHandler      ; EXTI Line 15..10                DCD     RTC_Alarm_IRQHandler      ; RTC Alarm through EXTI Line                DCD     USB_FS_WKUP_IRQHandler    ; USB FS Wakeup from suspend                DCD     TIM6_IRQHandler           ; TIM6                DCD     TIM7_IRQHandler           ; TIM7                __Vectors_End
__Vectors_Size  EQU  __Vectors_End - __Vectors
                AREA    |.text|, CODE, READONLY
; Reset handler routineReset_Handler    PROC                 EXPORT  Reset_Handler             [WEAK]        IMPORT  __main        IMPORT  SystemInit                   LDR     R0, =SystemInit                 BLX     R0                               LDR     R0, =__main                 BX      R0                 ENDP
; Dummy Exception Handlers (infinite loops which can be modified)
NMI_Handler     PROC                EXPORT  NMI_Handler                [WEAK]                B       .                ENDPHardFault_Handler\                PROC                EXPORT  HardFault_Handler          [WEAK]                B       .                ENDPMemManage_Handler\                PROC                EXPORT  MemManage_Handler          [WEAK]                B       .                ENDPBusFault_Handler\                PROC                EXPORT  BusFault_Handler           [WEAK]                B       .                ENDPUsageFault_Handler\                PROC                EXPORT  UsageFault_Handler         [WEAK]                B       .                ENDPSVC_Handler     PROC                EXPORT  SVC_Handler                [WEAK]                B       .                ENDPDebugMon_Handler\                PROC                EXPORT  DebugMon_Handler           [WEAK]                B       .                ENDPPendSV_Handler  PROC                EXPORT  PendSV_Handler             [WEAK]                B       .                ENDPSysTick_Handler PROC                EXPORT  SysTick_Handler            [WEAK]                B       .                ENDP
Default_Handler PROC
                EXPORT  WWDG_IRQHandler            [WEAK]                EXPORT  PVD_IRQHandler             [WEAK]                EXPORT  TAMPER_STAMP_IRQHandler    [WEAK]                EXPORT  RTC_WKUP_IRQHandler        [WEAK]                EXPORT  FLASH_IRQHandler           [WEAK]                EXPORT  RCC_IRQHandler             [WEAK]                EXPORT  EXTI0_IRQHandler           [WEAK]                EXPORT  EXTI1_IRQHandler           [WEAK]                EXPORT  EXTI2_IRQHandler           [WEAK]                EXPORT  EXTI3_IRQHandler           [WEAK]                EXPORT  EXTI4_IRQHandler           [WEAK]                EXPORT  DMA1_Channel1_IRQHandler   [WEAK]                EXPORT  DMA1_Channel2_IRQHandler   [WEAK]                EXPORT  DMA1_Channel3_IRQHandler   [WEAK]                EXPORT  DMA1_Channel4_IRQHandler   [WEAK]                EXPORT  DMA1_Channel5_IRQHandler   [WEAK]                EXPORT  DMA1_Channel6_IRQHandler   [WEAK]                EXPORT  DMA1_Channel7_IRQHandler   [WEAK]                EXPORT  ADC1_IRQHandler            [WEAK]                EXPORT  USB_HP_IRQHandler          [WEAK]                EXPORT  USB_LP_IRQHandler          [WEAK]                EXPORT  DAC_IRQHandler             [WEAK]                EXPORT  COMP_IRQHandler            [WEAK]                EXPORT  EXTI9_5_IRQHandler         [WEAK]                EXPORT  TIM9_IRQHandler            [WEAK]                EXPORT  TIM10_IRQHandler           [WEAK]                EXPORT  TIM11_IRQHandler           [WEAK]                EXPORT  TIM2_IRQHandler            [WEAK]                EXPORT  TIM3_IRQHandler            [WEAK]                EXPORT  TIM4_IRQHandler            [WEAK]                EXPORT  I2C1_EV_IRQHandler         [WEAK]                EXPORT  I2C1_ER_IRQHandler         [WEAK]                EXPORT  I2C2_EV_IRQHandler         [WEAK]                EXPORT  I2C2_ER_IRQHandler         [WEAK]                EXPORT  SPI1_IRQHandler            [WEAK]                EXPORT  SPI2_IRQHandler            [WEAK]                EXPORT  USART1_IRQHandler          [WEAK]                EXPORT  USART2_IRQHandler          [WEAK]                EXPORT  USART3_IRQHandler          [WEAK]                EXPORT  EXTI15_10_IRQHandler       [WEAK]                EXPORT  RTC_Alarm_IRQHandler       [WEAK]                EXPORT  USB_FS_WKUP_IRQHandler     [WEAK]                EXPORT  TIM6_IRQHandler            [WEAK]                EXPORT  TIM7_IRQHandler            [WEAK]
WWDG_IRQHandlerPVD_IRQHandlerTAMPER_STAMP_IRQHandlerRTC_WKUP_IRQHandlerFLASH_IRQHandlerRCC_IRQHandlerEXTI0_IRQHandlerEXTI1_IRQHandlerEXTI2_IRQHandlerEXTI3_IRQHandlerEXTI4_IRQHandlerDMA1_Channel1_IRQHandlerDMA1_Channel2_IRQHandlerDMA1_Channel3_IRQHandlerDMA1_Channel4_IRQHandlerDMA1_Channel5_IRQHandlerDMA1_Channel6_IRQHandlerDMA1_Channel7_IRQHandlerADC1_IRQHandlerUSB_HP_IRQHandlerUSB_LP_IRQHandlerDAC_IRQHandlerCOMP_IRQHandlerEXTI9_5_IRQHandlerTIM9_IRQHandlerTIM10_IRQHandlerTIM11_IRQHandlerTIM2_IRQHandlerTIM3_IRQHandlerTIM4_IRQHandlerI2C1_EV_IRQHandlerI2C1_ER_IRQHandlerI2C2_EV_IRQHandlerI2C2_ER_IRQHandlerSPI1_IRQHandlerSPI2_IRQHandlerUSART1_IRQHandlerUSART2_IRQHandlerUSART3_IRQHandlerEXTI15_10_IRQHandlerRTC_Alarm_IRQHandlerUSB_FS_WKUP_IRQHandlerTIM6_IRQHandlerTIM7_IRQHandler
                B       .
                ENDP
                ALIGN
;*******************************************************************************; User Stack and Heap initialization;*******************************************************************************                 IF      :DEF:__MICROLIB                                            EXPORT  __initial_sp                 EXPORT  __heap_base                 EXPORT  __heap_limit                                 ELSE                                 IMPORT  __use_two_region_memory                 EXPORT  __user_initial_stackheap                 __user_initial_stackheap
                 LDR     R0, =  Heap_Mem                 LDR     R1, =(Stack_Mem + Stack_Size)                 LDR     R2, = (Heap_Mem +  Heap_Size)                 LDR     R3, = Stack_Mem                 BX      LR
                 ALIGN
                 ENDIF
                 END
;************************ (C) COPYRIGHT STMicroelectronics *****END OF FILE*****
首先讓我們來看下STM32啟動文件，當MCU上電復位之後，整個程序會跳轉到以0x8000000為基址，偏移0的地址處，即還是0x8000000。但是STM32的0x8000000地址處存放的並不是整個晶片的第一句指令，而是整個晶片的堆棧初始化程序，如圖2所示。
圖2 0x8000000偏移0地址處的堆棧初始化程序指針
由於STM32的地址空間都是4位元組對齊的，因此這個棧頂指針的存放空間為4位元組，所以STM32復位之後跳轉的地址應該是0x8000000基址偏移4個字節，即0x8000004。如同3所示。
圖3 STM32復位跳轉地址
圖3中的程序非常淺顯易懂，第136和137行，即將程序跳轉到SystemInit處，這是個C語言函數，定義在「system_stm32l1xx.c」文件裡，它的目的就是對中斷向量表起始地址進行指定，也就是圖2中的「__Vector」處。當然CM3內核和CM0內核關於SCB（系統控制塊）的定義有些許差別，CM0不在本文討論中，但是CM3和CM4的中斷向量表映射機制還是很相似的。
圖4 SystemInit函數映射中斷向量表
圖4中我們可以看到，SCB中關於Vector的地址是通過符號FLASH_BASE和VECT_TAB_OFFSET計算出來的，我們可以找到關於它們的定義，如圖5所示。
圖5 FLASH_BASE和VECT_TAB_OFFSET的定義
通過圖5中的計算，正好可以得出整個中斷向量表被映射到了0x8000000地址處。
    STM32的FLASH分配
前面的大段文章內容中，頻繁提及了一個關鍵的數值，即0x8000000，那麼這個0x8000000到底是怎麼來的呢？這個數值並不是平白無故拍腦袋想出來的。之前我們就說過，ARM體系的存儲器結構是其一大特色，而這個0x8000000正是整個STM32內置FLASH的起始地址。我們隨便打開一份STM32的數據手冊，在存儲器章節裡面就可以看到STM32全部的存儲器定義。如圖6所示。
圖6 STM32內部FLASH的起始地址
   STM32的Bootloader思路
拋開所有的Bootloader高級功能來說，我們設計STM32 Bootloader的主要目的有兩個，第一個為方便程序燒寫和更新，第二個目前是從Bootloader程序中跳轉（引導）用戶的應用程式。這兩個目的中，對於Bootloader來說程序跳轉尤其重要，因為程序跳轉成不成功將會嚴重影響整個用戶程序的運行狀態。因而，怎麼跳，何時跳，跳到哪裡，則是下篇文章的著重討論部分。
前面一個FLASH燒寫，可以根據自己的特殊要求來定製，只要嚴格安裝HEX文件指定的地址和數據的關係，一般不會出錯。
本文分析了STM32啟動時比較重要的一些定義和函數跳轉，下篇將會開始著手設計一個STM32 Bootloader。

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    總不能需要編輯個文檔就買一套Word吧，總不能學個單片機花數十萬買MDK和AD授權吧。一定程度上這些也是大多數人需求。這裡關於故意引導用戶習慣養成、低價&盜版擠壓壟斷軟體市場壟斷等等的話題我們就不談了。        那麼如果你不想你做的產品輕輕鬆鬆被人家複製，你就需要花一點功夫了。
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    全球超過95%的智慧型手機採用ARM架構，ARM設計了大量的高性價比、耗能低的精簡指令集計算（RISC）處理器。這裡的ARM指的是處理器。處理器也是CPU的意思，所以ARM處理器就是CPU的意思。ARM公司不生產晶片、生產CPU.是一個32位精簡指令集處理器架構，ARM處理器包含以下幾個系列的處理器產品以及其它廠商實現的基於ARM體系結構的處理器。
  • 【C++開發Stm32-環境搭建】 Stm32f103c8t6支持Arduino庫開發
    那就用C Plus Plus來寫stm32單片機代碼吧！藉助Arduino的庫，輕鬆使用面向對象的思想開發單片機。本教程分享stm32支持Arduino庫開發的環境搭建。開始上開發板和燒錄器！！接著就是編程開發了。
  • 如何在keil中仿真stm32單片機
    一、序言在學習51單片機的時候，經常會使用keil+protues的方式來做一些實驗，這樣的模擬仿真為我們節省了很多硬體和時間成本
  • 深入分析STM32單片機的RAM和FLASH
    作為單片機內部一個重要組成部分，存儲器佔有很重要的地位，今天就來聊聊我對於單片機的內部存儲器RAM和FLASH的一些認識和理解。    存儲器是單片機結構的重要組成部分，存儲器是用來存儲編譯好的程序代碼和數據的，有了存儲器單片機系統才具有記憶功能。按照存儲介質的特性，可以分「易失性存儲器」和「非易失性存儲器」兩類。
  • 詳解STM32單片機的堆棧
    學習STM32單
  • STM32與Arduino問答集
    v=TePglhSkghg           stm32duino 支持包：https://github.com/rogerclarkmelbourne/Arduino_STM32         2．如何上傳代碼到你的板上：                   a.通過串口適配器（TTL電平：3.3V）：http://stm32duino.com
  • STM32系統bootloader應用
    嵌入式開發中，經常需要bootloader進行程序固件升級和系統維護，所以bootloader是必不可少的功能。
  • STM32 與 Arduino
    stm32duino 對常見的 MCU 做了廣泛的支持，開發板之間的不同大都體現在 MCU 的外圍電路上，去複製同 MCU 的文件夾改動量會小很多。2、讓加入的自定義配置與 Arduino 關聯。下面以 ATMega 單片機(Arduino 原生支持的單片機)為例，說下怎樣在 VSCode 下開發 Arduino（以 Ubuntu 系統為例）。下面的截圖裡看到了 platformio，因為 Sugar 在 Ubuntu 上的 VSCode 下同時裝了 platformio 和 Arduino 兩個組件。但使用的是 Arduino 與 platformio 無關。
  • 預熱 | 萬眾期待的單片機、Linux二合一的STM32MP157開發板亮相
    均支持於100ask_stm32mp157_pro硬體開發平臺，廣泛應用於生活的各種智能場景。百問網STM32mp157開發板GUI演示視頻我們為什麼要做STM32mp157開發板？從教學角度看硬體描述Cortex M4跑單片機、RTOS，用keil開發，跟STM32F103一模一樣Cortex A7*2跑Linux，可以引入SMP的知識，以覆蓋單CPU系統的知識GPU可以實現更炫的GUI效果，可以跑一些AI算法從做產品角度看硬體描述MPU+MCU需要單片機+Linux的場合，用STM32MP157就可以實現GPU可以實現更炫的GUI效果，可以跑一些AI算法性價比高作為多核異構的晶片
  • STM32單片機輕鬆入門與實踐 — 暢學單片機
    STM32的優勢來源於兩路高級外設總線-APB結構，其中一根告訴APB，可以達到CPU的運行頻率，連接到該總線上的外設能以更高的速度運行。        本課程是STM32單片機學習者從入門到深入的一套經典視頻教程，以初學者為對象，從零開始手把手教你學習單片機，循序漸進地基於理論講解並結合實驗項目實戰開發，講解當前最熱門的STM32單片機的C程序設計！
  • STM32下載程序新思路--使用串口下載STM32程序
    注意：STM32F1系列單片機RX/TX分別對應單片機上的PA9/PA10兩個引腳，在使用單片機（第一次下載）時需要將單片機上的BOOT0\BOOT1進行接地處理。有一個跳帽，插上就行了。ISP 簡介：ISP（In-System Programming）在系統可編程，指電路板上的空白器件可以編程寫入最終用戶代碼， 而不需要從電路板上取下器件，已經編程的器件也可以用 ISP 方式擦除或再編程。ISP 的時候需要用到(bootloader)自舉程序，自舉程序存儲在 STM32 器件的內部自舉ROM 存儲器（系統存儲器）中。
  • 這樣學習STM32單片機,從菜鳥到牛人很簡單!
    我想說，為了學習單片機而去學習單片機的思路不對。你問，如何系統地入門學習stm32呢？
  • 如何讓開源LED電子時鐘屏跑起Bootloader和OTA升級
    APP和download區是採用1:1的方式，還有bootloader分區一般設計為16K到32K，顯然這樣256K的內部FLASH不能滿足要求，所以需要使用外部FLASH，設計分區表為：內部flash的前32K為bootloader分區，剩餘的內部FLASH （256-32 = 224）224K為APP分區，download分區設在外部flash區。
  • STM32單片機和51單片機有何區別?
    在我們自己的個人電腦中，CPU、RAM、ROM、I/O這些都是單獨的晶片，然後這些晶片被安裝在一個主板上，這樣就構成了我們的PC主板，進而組裝成電腦。而單片機將這些都集中在了一個晶片上。應用最廣泛的8位單片機，當然也是初學者們最容易上手學習的單片機。
  • STM32單片機最小系統詳解
    在最小系統保證正確的基礎上，可以依次添加其他功能模塊或器件，使之單片機具有實際功能。STM32單片機最小系統包括一個復位電路和一個時鐘電路。如下圖1所示。圖中復位電路使用的是上電復位電路，STM32單片機NRST引腳輸入低電平，則發生復位。
  • 當Arduino遇上STM32
    Arduino;不過Atmega328所屬的AVR單片機，終究還是老點了，算起來差不多是20年前的主流了，現在流行的是ARM，今天我們就來聊一款Arduino與STM32邂逅的產物——Olimexino STM32。
  • 手把手教學《60天學會stm32單片機培訓班》今日更新知識點260+
    以下200+知識點，僅僅是《60天學會stm32單片機培訓班》眾多知識點中的一小部分，還有一大批知識點我們會持續更新，敬請關注。1.什麼是單片機？有什麼用？都用在我們生活中什麼地方？2.什麼是掩膜單片機？究竟可以做到多小？3.單片機有什麼特點？價格？功耗等等。。。4.單片機由什麼組成？5.什麼是外設？
  • u-boot和bootloader的區別
    今天就來簡單講講 u-boot 和 bootloader 的內容以及區別。比Bootloader從字面上來看就是啟動加載的意思。用過電腦的都知道，windows開機時會首先加載bios，然後是系統內核，最後啟動完畢。那麼bootloader就相當於手機的bios，它在手機啟動的時候根據基帶初始化硬體，然後引導系統內核，直到系統啟動。