CN103514018A - 基于stm32f4控制器的程序远程下载的实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于STM32F4控制器的程序远程下载的实现方法，通过编译连接STM32F4_bootloader工程代码，将最终执行代码下载到系统板，启动后就可以看到boot界面。STM32F4的引导加载程序bootloader通过上位机的串口与STM32F4系统连接，可以实现通过串口将上位机中已经编译连接后的*.bin文件下载到STM32F4的内部Flash固定位置中、将STM32F4内部Flash固定位置中的内容上传到上位机文件、从STM32F4内部FLASH固定位置开始执行程序。解决了下载程序需要硬件下载器的不便性。设计实现了STM32F4控制器的启动程序，提出了使用该软件下载器下载应用程序必须进行的修改，实现了应用程序的下载功能，并进一步提出应用现有的网络技术实现应用程序的远程下载功能。

Description

基于STM32F4控制器的程序远程下载的实现方法

技术领域

本发明涉及一种嵌入式处理器，特别涉及一种基于STM32F4控制器的程序远程下载的实现方法。

背景技术

STM32F4是ARM最新的嵌入式处理器Cortex M4，常用于控制和信号处理功能混合的数字控制市场。该控制器(MCU)提高了运行速度，增加了信号处理功能，同时增加了浮点运算单元(FPU)、自适应实时加速器、32位多重AHB总线矩阵和多通道DMA控制器、数字信号控制器(DSC) 等多个新特性。其集成度较高，功耗较低，内置最高1MB片上Flash，192KB SRAM，正常工作频率为168MHz，因此得到了广泛的应用。对于STM32F4系列产品，其程序启动运行及程序下载方式有好几种，但都需要硬件的下载器，如JLINK，对于程序更新非常不方便。

STM32F4启动方式及程序下载：STM32F4系列产品上电启动时按照其硬件启动管脚BOOT1和BOOT0决定，如表1所示STM32F4系列启动管脚配置。对于不同的启动方式，程序驻扎空间也不同，表2列出了STM32F407存储区域配置情况。通常用户应用程序烧写在闪存Flash中，因此硬件配置成BOOT0为接地。当在调试过程中为了测试结果，也经常在内嵌SRAM中测试，此时需要配置成BOOT1和0均接成高电平。另外STM32F4还提供了系统存储区启动的方式，即将BOOT1-0接成01。此方式主要目的是为了使用ST公司提供的Flash Loader通过串口下载用户程序的方法。但是这种方式必须执行ST的Flash Loader程序，并且最不方便的是必须在烧写程序时，配置BOOT1-0为01，烧好以后将BOOT0改接为地。通常下载程序主要通过开发器或下载器如JLINK等实现，在Keil uvision MDK集成开发环境中，JLINK可以同时作为调试器，并且可以实现单步调试。

表1 

表2 

为了弥补下载程序时需要修改硬件管脚配置的情况，可以将下载驱动部分写入应用程序中，即将应用程序设计成两大部分，第一部分称为系统启动加载器Boot Loader，其主要功能是实现后续用户应用程序的更新下载，另一部分是真正的用户应用程序的功能实现。

发明内容

本发明是针对对于STM32F4系列产品，其程序启动运行及程序下载都需要硬件的下载器，使用不便的问题，提出了一种基于STM32F4控制器的程序远程下载的实现方法，首先分析了STM32F4启动方式及程序下载，然后实现了STM32F4_bootloader的下载程序，应用该下载程序，提出了修改应用程序的方法，从而实现应用程序的纯软件下载。然后提出通过网络实现应用程序的远程下载。实现了在PC上位机直接通过串口实现程序更新，解决STM32F4控制器下载程序需要硬件下载器的不便性。

本发明的技术方案为：一种基于STM32F4控制器的程序远程下载的实现方法，包括如下具体步骤：

1）将STM32F4的引导加载程序bootloader通过上位机的串口与STM32F4系统连接，程序开始后即进行STM32F4系统初始化和参数设置，同时解锁STM32F4系统Flash，以备Flash的读写操作，初始化串口，开启串口中断，STM32F4系统和上位机的通信完全通过串口的STM32F4_bootloader来实现；

2）STM32F4_bootloader每隔1秒向串口输出信息，同时检测上位机是否发送程序重下载命令信息，如果5秒内没有收到串口信息，则系统自动运行在Flash固定位置的用户应用程序，如5秒内收到上位机数据，则通过串口输出菜单信息，用户选择使用STM32F4_bootloader处理用户程序；

3）若用户输入‘1’，则进行程序下载，通过串口将上位机中已经编译连接后的*.bin文件下载到STM32F4的内部Flash固定位置中；若用户输入‘2’则进行逆过程，将STM32F4内部Flash固定位置中的内容上传到上位机文件；若用户输入‘3’则进行用户程序的自动执行，从STM32F4内部FLASH固定位置开始执行程序。

所述串口的发送接收数据采用了YMODEM协议。

所述步骤1）STM32F4系统初始化，STM32F4_bootloader程序驻扎STM32F4内部Flash空间的Sector0，其系统地址为0x0800 0000 ~ 0x0800 3FFF，应用程序下载空间固定从Sector1即地址0x0800 4000开始，应用程序大小限制于在Sector1~ Sector11之间，执行应用程序时，固定从地址0x0800 4000开始。

所述步骤1）STM32F4系统参数设置，按照正常流程生成的应用程序是按照从Flash的0地址开始执行的，其地址配置、中断向量表进行修正，具体包括如下步骤：

A：生成默认运行程序：

首先按照正常的操作流程、默认配置建立应用程序；

B：修改应用程序的地址空间：

按照默认流程编译连接产生的应用程序，修改对应于Flash的0地址，也即STM32F4的系统地址空间Sector0，应用了STM32F4_bootloader以后，Sector0空间由STM32F4_bootloader占据；修改Flash下载地址Sector1，系统上电后首先执行STM32F4_bootloader，当下载、上传或执行应用程序时按照从应用程序下载空间Sector1开始；

C：修改应用程序的中断向量表地址：

将原来中断向量地址从Flash的0地址开始，改为Flash下载地址Sector1开始，当加了STM32F4_bootloader以后，中断向量表必须进行偏移；

D：将Keil uvision MDK环境中生成的axf文件转换为bin文件：

在Keil uvision MDK的集成开发环境中，默认情况下生成*.axf格式的调试文件和*.hex格式的可执行文件，将*.axf格式文件或*.hex格式文件转换成二进制*.bin格式的文件。

本发明的有益效果在于：本发明基于STM32F4控制器的程序远程下载的实现方法，用软件方式更新下载应用程序的方法，解决了下载程序需要硬件下载器的不便性。设计实现了STM32F4控制器的启动程序（软件下载器），提出了使用该软件下载器下载应用程序必须进行的修改，实现了应用程序的下载功能，并进一步提出应用现有的网络技术实现应用程序的远程下载功能。

附图说明

图1为本发明STM32F4_bootloader的实现流程图。

具体实施方式

1、STM32 F4_bootloader下载程序的实现：

本文实现的STM32F4_bootloader适用于STMicroelectronics STM32F4系列芯片构成的系统，其本身的程序必须通过JTAG或SWD接口使用STM32F4程序下载方式中的一种下载到系统的Flash Memory初始地址空间，使得系统上电后可以直接执行该程序段。通过编译连接STM32F4_bootloader工程代码，将最终执行代码下载到系统板，启动后就可以看到boot界面。STM32F4_bootloader通过上位机的串口和STM32F4系统连接，可以实现3种功能，分别是通过串口将上位机中已经编译连接后的*.bin文件下载到STM32F4的内部Flash固定位置中、将STM32F4内部Flash固定位置中的内容上传到上位机文件、从STM32F4内部FLASH固定位置开始执行程序三个功能。

如图1所示STM32F4_bootloader的实现流程图，程序开始后即进行系统初始化和相关的参数设置，同时解锁Flash，以备Flash的读写操作。初始化串口，开启串口中断。系统和上位机的通信完全通过串口STM32F4_bootloader来实现。上电后每隔1秒向串口输出信息，同时检测上位机是否发送程序重下载命令信息。如果5秒内没有收到串口信息，则系统自动运行在Flash固定位置的用户应用程序。如5秒内收到上位机数据，则通过串口输出菜单信息，告知用户如何使用本系统下载用户程序。其中若用户输入‘1’，则进行程序下载，输入‘2’则进行逆过程，将Flash中的内容上传到上位机，输入‘3’则进行用户程序的自动执行。

为了提高传输过程中数据的可靠性，串口的发送接收数据采用了YMODEM协议。YMODEM以1024字节数据为一个单位（称为块），同时加上传输应答，若传输正确则应答ACK，否则应答NAK。对于接收数据传输失败的情况，程序会输出“Failed to receive the file”的错误信息，提醒上位机重传或其它处理。如果数据正确接收，则将收到的数据通过STM32F4的Flash操作重新写入具体的位置。

STM32F4_bootloader程序驻扎Flash空间的Sector0，即系统地址为0x0800 0000 ~ 0x0800 3FFF，应用程序下载空间固定从Sector1即地址0x0800 4000开始。应用程序大小限制于在Sector1~ Sector11之间，即大小为1008K字节。因此当执行应用程序时，固定从地址0x0800 4000开始。

当STM32F4_bootloader已经下载到STM32F4系统的内部Flash中，并且应用程序已经准备完成，此时就可以下载或者重新更新用户的应用程序了。

2、应用程序准备：

STM32F4_bootloader目的是将具体的应用程序通过串口以纯软件的方式下载到系统Flash中，避免了下载过程中必须使用下载器的麻烦，从而可以实现程序远程下载的目的。真正实现系统功能的是用户的应用程序。应用程序为了能够使用STM32F4_bootloader下载，在编译连接过程中必须进行一定的修改。

按照正常流程生成的应用程序是按照从Flash的0地址开始执行的，其地址配置、中断向量表都要进行修正，具体实现有以下几个步骤：

2.1 生成默认运行程序：

首先按照正常的操作流程、默认配置建立应用程序，如在Keil uvision MDK环境中创建新的工程，添加工程库文件，编写应用程序需要实现的各类功能程序，然后编译连接后生成*.axf文件。

2.2 修改应用程序的地址空间：

按照默认流程编译连接产生的应用程序，其地址空间对应于Flash的0地址，也即STM32F4的系统地址空间Sector0(从0x0800 0000开始)，但应用了STM32F4_bootloader以后，Sector0空间(0x0800 0000 ~ 0x0800 3FFF)由STM32F4_bootloader占据，系统上电后首先执行STM32F4_bootloader，当下载、上传或执行应用程序时按照从地址0x0800 4000开始，因此需要对地址配置参数进行修改，有两点，一是目标Read Only Memory区(On Chip)的修正，从0x0800 0000改为0x0800 4000，其次需要对Flash下载地址区域的修改，从0x0800 0000~0x080F FFFF修改为0x0800 4000~0x080F FFFF。

2.3修改应用程序的中断向量表地址：

按照正常流程开发的应用程序,其中断向量地址空间均从0地址开始。当加了STM32F4_bootloader以后，中断向量表必须进行偏移，具体需要偏移至0x4000开始的地方。有两种方式可以进行修正。一是修改库文件STM32F4xx_StdPeriph_Driver下的misc.c文件的NVIC_SetVectorTable()函数，另一即修改库文件system_stm32f4xx.c中的VECT_TAB_OFFSET的值，具体将

#define VECT_TAB_OFFSET  0x00              //< Vector Table base offset field.

改为：#define VECT_TAB_OFFSET  0x4000     //< Vector Table base offset field.

2.4将Keil uvision MDK环境中生成的axf文件转换为bin文件：

在Keil uvision MDK的集成开发环境中，默认情况下可以生成*.axf格式的调试文件和*.hex格式的可执行文件。虽然这两个格式的文件非常有利于JLINK、ULINK仿真器的下载和调试，但是大部分用户特别是ADS的用户更习惯于使用*.bin格式的文件，甚至有些嵌入式软件开发者已经拥有了*.bin格式文件的调试或烧写工具。为了充分地利用现有的工具，同时发挥Keil uvision MDK集成开发环境的优势，将*.axf格式文件或*.hex格式文件转换成*.bin格式的文件十分自然也非常必要。本文实现的STM32F4_bootloader中传输、下载使用的文件格式也为二进制文件*.bin。实现这种转换有很多方法。其中最有效的方法是使用ARM公司的RVCT开发套件中的fromelf.exe转换工具。

fromelf.exe实现文件格式转换最直接的方法就是在生成*.axf文件以后在windows操作系统或windows\system32\cmd窗口(类似DOS操作系统)中直接执行该命令即可，但这种方法比较繁琐，每次更新应用程序，编译连接以后必须执行一次，因此不方便使用。另一种常用的方式是直接在Keil uvision MDK集成开发环境增加该命令。使用方法如下：

(1)、打开已经建好的工程，例如Project.uvproj；

(2)、打开Options for Target‘Open407I’对话框，选择User标签页；

(3)、构选Run User Programs After Build/Rebuild框中的Run #1多选框，在后边的文本框中输入

C:\Keil\ARM\BIN40\fromelf.exe --bin -o ./output/Project.bin ./output/ Project.axf命令行；

(4)、重新编译文件，在./output/文件夹下生成了Project.bin文件。

经过上述4步的操作以后，每次修改应用程序只要重新编译连接就可得到希望的最终的bin格式的文件。

3、下载实现：

应用程序下载有两种方式，一种是本地实现，另一种是远程下载。对于本地实现，可以采用windows的超级终端或其他串口程序，或者用户自己开发的具有串口通信功能的上位机应用程序。设置串口的波特率、数据位数、校验、流控等参数，上电STM32F4系统，等到出现提示信息‘.’时，任意输入串口数据，则STM32F4系统会输出下载菜单，当要下载或更新STM32F4系统的用户程序时，按1选择下载程序，选择发送菜单中的发送文件，输入需发送的文件名(*.bin)，同时在协议栏选择YMODEM协议，就可以开始发送文件了。同理当要上传文件或者需要启动应用程序时，只需按下2或3即可。

对于需要远程下载的情况，可以充分利用网络资源，例如QQ，首先登录到远程上位机，进行远程协作，然后远程操作上位机，将远程上位机作为本地机按照本地下载方式，从而实现了远程下载应用程序。

Claims (4)

1.一种基于STM32F4控制器的程序远程下载的实现方法，其特征在于，包括如下具体步骤：

1）将STM32F4的引导加载程序bootloader通过上位机的串口与STM32F4系统连接，程序开始后即进行STM32F4系统初始化和参数设置，同时解锁STM32F4系统Flash，以备Flash的读写操作，初始化串口，开启串口中断，STM32F4系统和上位机的通信完全通过串口的STM32F4_bootloader来实现；

2）STM32F4_bootloader每隔1秒向串口输出信息，同时检测上位机是否发送程序重下载命令信息，如果5秒内没有收到串口信息，则系统自动运行在Flash固定位置的用户应用程序，如5秒内收到上位机数据，则通过串口输出菜单信息，用户选择使用STM32F4_bootloader处理用户程序；

3）若用户输入‘1’，则进行程序下载，通过串口将上位机中已经编译连接后的*.bin文件下载到STM32F4的内部Flash固定位置中；若用户输入‘2’则进行逆过程，将STM32F4内部Flash固定位置中的内容上传到上位机文件；若用户输入‘3’则进行用户程序的自动执行，从STM32F4内部FLASH固定位置开始执行程序。

2.根据权利要求1所述基于STM32F4控制器的程序远程下载的实现方法，其特征在于，所述串口的发送接收数据采用了YMODEM协议。

3.根据权利要求1所述基于STM32F4控制器的程序远程下载的实现方法，其特征在于，所述步骤1）STM32F4系统初始化，STM32F4_bootloader程序驻扎STM32F4内部Flash空间的Sector0，其系统地址为0x0800 0000 ~ 0x0800 3FFF，应用程序下载空间固定从Sector1即地址0x0800 4000开始，应用程序大小限制于在Sector1~ Sector11之间，执行应用程序时，固定从地址0x0800 4000开始。

4.根据权利要求3所述基于STM32F4控制器的程序远程下载的实现方法，其特征在于，所述步骤1）STM32F4系统参数设置，按照正常流程生成的应用程序是按照从Flash的0地址开始执行的，其地址配置、中断向量表进行修正，具体包括如下步骤：

A：生成默认运行程序：

首先按照正常的操作流程、默认配置建立应用程序；

B：修改应用程序的地址空间：

按照默认流程编译连接产生的应用程序，修改对应于Flash的0地址，也即STM32F4的系统地址空间Sector0，应用了STM32F4_bootloader以后，Sector0空间由STM32F4_bootloader占据；修改Flash下载地址Sector1，系统上电后首先执行STM32F4_bootloader，当下载、上传或执行应用程序时按照从应用程序下载空间Sector1开始；

C：修改应用程序的中断向量表地址：

将原来中断向量地址从Flash的0地址开始，改为Flash下载地址Sector1开始，当加了STM32F4_bootloader以后，中断向量表必须进行偏移；

D：将Keil uvision MDK环境中生成的axf文件转换为bin文件：

在Keil uvision MDK的集成开发环境中，默认情况下生成*.axf格式的调试文件和*.hex格式的可执行文件，将*.axf格式文件或*.hex格式文件转换成二进制*.bin格式的文件。

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