MCU 通过 UART 实现 OTA 在线升级流程

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OTA升级已经不是什么新鲜事，现在大多数物联网终端设备，基本具备这个功能。

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。

图1. OTA代码执行流程

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偏移量，跳转到对应中断源的中断服务程序中，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。

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。

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

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

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。

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

图2. IAP demo上位机

图3. Flash地址分配

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。

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：

图4. 程序执行流程

1）Keil 设置

图5. Bootloader project中address 1在Keil设置

图6. Bootloader project中address 2在程序中设置

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。App1 LED3闪烁，App2 LED4闪烁。以App1为例，设计步骤如下：

图7. App project中address 2在Keil设置

图8. App project向量表偏移在程序中设置

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。

• 先下载Bootloader工程

• 再调试App工程

图9. Flash地址分配

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。

图10. 程序执行流程

1）Keil 设置

图11. Bootloader project中address 1在Keil设置

图12. Bootloader project中address 2在程序中设置

图13. App project中address 2在Keil设置

图14. App project向量表偏移在程序中设置

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

• 先下载Bootloader工程

• 再调试App工程

1) 上位机通信协议

图15. 上位机通信协议

图16. 下位机通信协议

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