AT32微控制器上创建OTA应用程序的一般准则

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前言

对于大多数基于闪存的系统，一项重要要求是能够在最终产品中安装固件时进行更新。此OTA（Over-the-Air）是用户自己的程序在运行过程中对User Flash的部分区域进行烧写，目的是为了在产品发布后可以方便地通过预留的通信口，对产品中的固件程序进行更新升级。本应用笔记的目的是提供在AT32微控制器上创建OTA应用程序的一般准则。AT32微控制器可以运行用户特定的固件来对微控制器中嵌入的闪存执行OTA。此功能可以使用产品可用和支持的任何通信接口。使用自定义协议协议的USART是本应用笔记中的示例。


支持型号列表：AT32全系列

1.概述

空中下载技术 OTA（Over-the-Air Technology）是用户自己的程序在运行过程中对 User Flash 的部分区域进行烧写，目的是为了在产品发布后可以方便地通过预留的通信口，对产品中的固件程序进行更新升级。通常实现 OTA 功能时，即用户程序运行中作自身的更新操作，需要在设计固件程序时编写两个项目代码，第一个项目程序为 Bootloader 区域，第二个项目程序 App 代码为真正的功能代码，执行应用和升级。这两部分项目代码同时烧录在 User Flash 中.


在上图所示流程中，MCU 复位后，从 0x08000004 地址取出复位中断向量的地址，并跳转到复位中断服务程序，在运行完复位中断服务程序之后跳转到 Bootloader 的 main 函数，如图标号①所示；在执行完 Bootloader 以后（App 代码为图中 FLASH 灰底部分 App 程序的复位中断向量起始地址为0x08000004+N+M），跳转至 App 程序的复位向量表，取出 App 程序的复位中断向量的地址，并跳转执行 App 程序的复位中断服务程序，随后跳转至 App 程序的 main 函数，如图标号②和③所示，同样 main 函数为一个死循环，并且注意到此时 AT32 的 FLASH，在不同位置上，共有两个中断向量表。

在 main 函数执行过程中，如果 CPU 得到一个中断请求，PC 指针仍强制跳转到地址 0x08000004 中断向量表处，而不是 App 程序的中断向量表，如图标号④所示；程序再根据我们设置的中断向量表AT32 OTA using the USART2021.12.31 第 6 页 版本 2.0.0偏移量，跳转到对应中断源新的中断服务程序中，如图标号⑤所示；在执行完中断服务程序后，程序返回 main 函数继续运行，如图标号⑥所示。通过以上两个过程的分析，我们知道 OTA 程序必须满足两个要求：1) App程序必须在Bootloader程序之后的某个偏移量为x的地址开始。2) 必须将App程序的中断向量表相应的移动，移动的偏移量为x。

1.1 AT32 USART OTA 快速使用方法
1.1.1 硬件资源
文档中是用 AT-START-AT32F403A 实验板的硬件条件为例，OTA demo 源代码还包括 AT32 其他型号，用户只需编译对应型号工程烧录于 AT-START 实验板运行即可。
1) 指示灯LED2/LED3/LED4
2) USART1(PA9/PA10)
3) AT-START实验板

1.1.2 软件资源
1) tool_release

• IAP_Programmer.exe，PC机tool，用于演示OTA升级流程
  

2) source_code

• Bootloader，Bootloader源程序，运行LED2闪烁
• App_led3_toggle，App1源程序，运行LED3闪烁
• App_led4_toggle，App2源程序，运行LED4闪烁
• 注：工程基于keil v5建立，若用户需要在其他编译环境上使用，请参考对应BSP目录AT32F403A_407_Firmware_Library_V2.x.x\project\at_start_f403a\templates中各种编译环境（例如IAR6/7/8,keil 4/5,eclipse_gcc）进行对应修改即可。
  

1.2 OTA demo 使用
本文档描述了两种常用的 OTA 应用 demo，template app 和 dual app，后面章节会分别介绍。

1) 打开Bootloader工程源程序，选择对应MCU型号的target编译后下载到实验板
2) 打开IAP_Programmer.exe
3) 选择正确的串口、APP下载地址和bin文档，点击Download下载，如下图
4) 观察LED2/3/4闪烁，LED2闪烁-Bootloader工作，LED3闪烁-App1工作，LED4闪烁-App2工作


2. Template app OTA 程序设置
2.1 地址分布
注：Bootloader区域最后一个扇区，用于存放防止升级过程出错（掉电等异常情况）的flag，用户编译修改Bootloader时，要保证不覆盖flag的地址。

2.2 执行流程
OTA 分为 Bootloader、App 和 Template 三部分，应用在 App 中执行，Template 仅作为新 App 固件数据的临时存放空间。程序执行整体流程框图如下：

2.3 Bootloader project 设置
1) Keil设置

2) Bootloader源程序修改ota.h文件中

2.4 App project 设置
OTA demo 提供了 2 个 App 程序供测试用，皆以 address 2（0x800 4000）为起始地址。App1LED3 闪烁，App2 LED4 闪烁。以 App1 为例，设计步骤如下：

1) Keil工程设置

2) App1 源程序设置

3) 编译生成bin文件通过 User 选项卡，设置编译后调用 fromelf.exe，根据.axf 文件生成.bin 文件，用于 OTA 更新。通过以上 3 个步骤，我们就可以得到一个.bin 的 APP 程序，通过 Bootloader 程序即可实现更新
4) 开启debug App code功能如果在设计 App code 过程中需要对 App project 进行单独调试，请按照以下操作

• 先下载Bootloader工程 再调试App工程
• 再调试App工程
  

3. Dual app OTA 程序设置
3.1 地址分布

注：Bootloader区域最后2个扇区，用于存放App是否正常的flag，用户编译修改Bootloader时，要保证不覆盖flag的地址

3.2 执行流程
OTA 分为 Bootloader、App1 和 App2 三部分，应用在 App1 或 App2 中执行。程序执行整体流程框图如下：

3.3 Bootloader project 设置
3) Keil设置

3.4 App project 设置
OTA demo 提供了 2 个 App 程序供测试用，app_led3_toggle 以 0x800 4000 为起始地址，app_led4_toggle 以 0x8080000 为起始地址。App1 LED3 闪烁，App2 LED4 闪烁。以 App1 为例，设计步骤如下：
5) Keil工程设置


6) App1 源程序设置

7) 编译生成bin文件通过 User 选项卡，设置编译后调用 fromelf.exe，根据.axf 文件生成.bin 文件，用于 OTA 更新。通过以上 3 个步骤，我们就可以得到一个.bin 的 APP 程序，通过 Bootloader 程序即可实现更新。
8) 开启debug App code功能如果在设计 App code 过程中需要对 App project 进行单独调试，请按照以下操作。
a) 先下载Bootloader工程
b) 再调试App工程

4.Bootloader/App 与上位机串口通信协议
程序与上位机通信，接收固件升级数据，上位机端和嵌入式端通信协议如下：
1) 上位机通信协议

2) 嵌入式端下位机通信协议

备注： Addr：4bytes，高位在前Kbytes，下载数据，不足2K内容填充0xFFChecksum：1byte，4bytes的Addr + 2KBytes数据的校验和的低八位