分享一种裸机平台下独立模块的加载实现方法

ufbycd

灵感来源于一个帖子 。
需求是一个固件分成两个部分，这里分别叫APP和Module，APP可以单独独立运行，Module可以随时加入或修改，Module不能单独运行而是APP的功能扩展； APP和Module分开单独编译，单独烧录。
看上去有点像Linux内核和RT-Thread的动态模块，但动态模块有点复杂，模块加载时需要在目标平台上做链接操作，不容易实现。
后面再细想，这个需求其实不是动态模块，因为模块不一定要加载到内存，而可以保留在固定的Flash区域。所以我把它叫做静态模块，后来在空余时间把这个灵感实现了。

软件架构说明

• APP和Module的Flash和SRAM空间各自分开并且固定排布，Module空间位于APP空间之后并紧密相连；
• APP和Mouule都有常规的中断向量表，并且都位于各自FLASH的起始地址；
• APP的中断向量表是芯片的入口，而Module的中断向量表由APP调用；
• APP和Module都各自维护一张公开的函数向量表：APP_Vector_t、Module_Vector_t；跨区域的函数调用即是通过函数向量表内的函数指针实现；
• Module的Reset_Handler由于不是芯片的入口，所以可以修改其原型；APP在调用Module的Reset_Handler时获取Module的函数向量表并告知APP的函数向量表；此时APP和Module都获取得到对方的函数向量表，两者也就连接起来了。
  

有兴趣的同学可以参见项目源码：https://gitee.com/ufbycd/static_module
里面有更详细的说明。

欢迎提交 Pull Request，共同改进。

目前整体架构已验证通过，运行时串口调试信息输出如下：

1. MStdio Init
   
2. NRST Pin Reset!
   
3. APP:
   
4. Version: bc74f2c-202012301355
   
5. Build  : 2020-12-30 13:55:46
   
6. Config : Debug
   
7. 
   
8. shell>Static module loaded.
   
9. Module:
   
10. Version: bc74f2c-202012301358
    
11. Build  : 2020-12-30 13:58:05
    
12. Config : Debug

复制代码

ufbycd

更新：添加Module的中断服务处理

Module的中断处理函数的进入
    为了在Module内灵活使用（APP未占用的）外设资源，需要处理Module的中断服务。而Module的中断向量表并不是芯片的入口而由APP调用，那么就需要从APP的中断向量表跳转到Module的中断向量表。
在APP的中断向量表内，未使用的中断服务其实都是Default_Handler的别名（并且都是弱（weak）符号）。而APP未使用的中断有可能会被Module使用；所以只要修改APP的Default_Handler，使其跳转到Module那边就行了。本项目的APP的Default_Handler实现如下：

1. void __attribute__ ((weak)) Default_Handler(void)
   
2. {
   
3.     typedef void (* IrqHandler_t)(void);
   
4.     extern unsigned int _eflash;     // 来自链接脚本，指向Flash末尾
   
5.     uint32_t isrNum;
   
6.     IrqHandler_t *moduleIsrVector;
   
7.     IrqHandler_t handler;
   
8. 
   
9.     if(Main_IsModuleLoaded())
   
10.     {
    
11.         moduleIsrVector = (IrqHandler_t *) & _eflash;
    
12.         isrNum = __get_IPSR();
    
13.         handler = moduleIsrVector[isrNum];
    
14.         handler();
    
15.     }
    
16.     else
    
17.     {
    
18.         __DEBUG_BKPT();
    
19.         while(1);
    
20.     }
    
21. }
    

复制代码

• 其中_eflash定义于链接脚本，其值指向APP的Flash空间的末尾即Module的Flash的起始亦即Module的中断向量表。
  

• Default_Handler的主要工作为：当Module已经载入时，获取当前的中断号并直接跳转到Module的中断服务函数；当Module未载入时，则进行常规处理，进入死循环。
  

目前测试了在Module使用硬件定时器6，中断频率为10Hz、每计时2秒打印一条信息，运行时的调试串口输出如下：

1. MStdio Init
   
2. Software Reset
   
3. APP:
   
4. Version: 5d31203-202101011115
   
5. Build  : 2021-01-01 11:15:34
   
6. Config : Debug
   
7. 
   
8. shell>Static module loading...
   
9. Module:
   
10. Version: 5d31203-202101011106
    
11. Build  : 2021-01-01 11:06:11
    
12. Config : Debug
    
13. .data test: 123
    
14. Module: Stimer Tick: 20
    
15. Module: Stimer Tick: 40
    
16. Module: Stimer Tick: 60

复制代码

ufbycd

APP和Module可以同时调试，调试方法参见这个帖子

pdwdzz

好想法，之前也设想过，是不是可以把功能做成一个个小模块，需要什么烧什么。更新只要用bootloader烧小模块程序和新的APP程序就行。已经做好的模块程序可以不用动。。不然一点小改动都要更新整个程序费时。

ufbycd

pdwdzz 发表于 2021-1-5 22:47
好想法，之前也设想过，是不是可以把功能做成一个个小模块，需要什么烧什么。更新只要用bootloader烧小模块 ...

是的，不同的模块就是不同的工程，单独编译、单独烧录。好处有多个：

• 有利于减小IAP更新的固件大小；
• 有利于多人项目的分工；
• 也可以实现闭源项目的二次开发：APP为闭源，在Module上做二次开发。