CN112114850A - 一种基于串口的stm32单片机片内和片外flash程序分散加载方法 - Google Patents

一种基于串口的stm32单片机片内和片外flash程序分散加载方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种基于串口的STM32单片机片内和片外FLASH程序分散加载方法，包括以下步骤：步骤a：编写自定义Bootloader程序；步骤b：编写应用程序，并将其分成两个部分，分别对应片内和片外FLASH；步骤c：将步骤a中的自定义Bootloader程序通过串口加载到片内FLASH中；步骤d：将步骤b生成的两部分程序通过串口分散加载到片内和片外FLASH中。本发明主要针对需要外挂FLASH的应用情形，本发明提供的加载方法无需仿真器，成本低；通过串口可以对片内和片外FLASH实现分散加载，操作简单；通过串口可直接更新应用程序，灵活方便。

Description

一种基于串口的STM32单片机片内和片外FLASH程序分散加载 方法
技术领域
本发明属于单片机程序加载技术领域，尤其涉及的是一种基于串口的STM32单片机片内和片外FLASH程序分散加载方法。
背景技术
单片机系统应用广泛，涉及工业控制、日常生活和航空航天等多个领域。单片机系统以应用为中心，随着应用功能多样化、结构复杂化，满足应用需求的应用程序也越来越庞大，这就需要更大FLASH容量的单片机。出于降低产品成本考虑，通常选择较小片内FLASH容量的单片机，同时外挂FLASH以扩容。如此，需要将较大的应用程序进行合理分区成两个较小的部分，分别加载到片内和片外FLASH中。
当前，在基于STM32单片机的系统中，应用程序一般是加载到片内FLASH中的，加载方式通常有两种：
一种是通过Jlink等仿真器，结合集成仿真开发软件加载。集成仿真开发软件中有针对片内FLASH的算法，所以可以直接将程序加载到片内FLASH中。如果要通过仿真器将程序加载到片外FLASH，则需要编写针对片外FLASH的算法。这种方式需要用到仿真器，增加了购买仿真器的成本，而且很多产品为了结构简单并没预留仿真器的下载接口。
另一种是利用STM32的预置Bootloader程序，通过串口加载。预置Bootloader程序中不包含与片外FLASH通信的代码，故这种方式不能用于将应用程序加载到片外FLASH 中。
所以使用通用加载方法同时对片内和片外FLASH加载程序显得不可能或比较复杂且成本高。因此需要研发一种成本低、灵活、高效、能针对片内和片外FLASH进行程序分散加载的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于串口的STM32单片机片内和片外FLASH程序分散加载方法，在需要外挂FLASH的应用中，以一种低成本且方便快捷的方式，通过串口对片内和片外FLASH实现程序分散加载。
本发明采取以下技术方案实现：
一种基于串口的STM32单片机片内和片外FLASH程序分散加载方法，包括以下步骤：
步骤a：编写自定义Bootloader程序；
步骤b：编写应用程序，并将其分成两个部分，分别对应片内和片外FLASH；
步骤c：将步骤a中的自定义Bootloader程序通过串口加载到片内FLASH中；
步骤d：将步骤b生成的两部分程序通过串口分散加载到片内和片外FLASH中。
所述片内FLASH分为两个区，其中第一分区用于加载自定义Bootloader程序，第二分区用于加载应用程序的片内部分程序，且第一分区的基地址为片内FLASH的基地址。
所述步骤a编写完成后编译生成bin文件，编写自定义Bootloader程序的具体步骤包括：
(1)实现程序跳转功能：上电后读取启动配置，根据配置来判断下一步是执行应用程序加载功能还是跳转到应用程序执行，默认为跳转到应用程序执行；
(2)实现串口通信功能：串口可接收上位机下发的数据，数据中包含片内和片外FLASH 加载文件及对应的文件加载地址；串口可向上位机发送片内和片外FLASH中加载的数据；
(3)实现STM32处理器同片内和片外FLASH通信功能：STM32处理器通过串口接收加载文件，依据对应的加载地址将该加载文件分别写入片内FLASH的第二分区和片外 FLASH中，STM32处理器还可以读取片内和片外FLASH中的数据。
所述步骤b的具体方法是：将应用程序源文件分成两部分，在集成仿真开发软件中分别指定这两部分的加载地址，源文件在编译后即可生成两个bin文件；
所述步骤c的加载步骤为：
(1)系统上电时刻读取BOOT配置，根据此配置来决定STM32处理器执行出厂时预置Bootloader程序；
(2)执行出厂时预置Bootloader程序后，初始化串口和片内FLASH，等待接收串口数据；
(3)STM32处理器通过串口接收上位机下发的由步骤a生成的bin文件，并将其加载到片内FLASH的第一分区中。
所述步骤d的加载步骤为：
(1)系统上电时刻读取BOOT配置，根据此配置来决定STM32处理器执行自定义Bootloader程序；
(2)在执行自定义Bootloader程序后读取启动配置，根据此配置来决定STM32处理器跳转为执行应用程序加载功能；
(3)执行应用程序加载功能后，初始化串口及片内和片外FLASH，等待接收串口数据；
(4)STM32处理器通过串口接收上位机下发的由步骤b生成的bin文件，并分别加载到片内FLASH的第二分区和片外FLASH中。
所述分散加载步骤a、步骤b、步骤c和步骤d全部完成后，系统重新上电，STM32处理器依次读取BOOT配置和启动配置，根据配置来决定STM32处理器执行应用程序。
一种基于串口的STM32单片机片内和片外FLASH程序分散加载方法，进一步包括对加载后的应用程序更新的步骤，所述的更新的步骤具体为依次执行上述步骤b和步骤d。
本发明的优势在于：无需仿真器，成本低；通过串口可以对片内和片外FLASH实现分散加载，操作简单；通过串口可直接更新应用程序，灵活方便。
附图说明
图1是本发明的系统结构框图。
图2a是本发明实施例中片内FLASH分区示意图。
图2b是本发明实施例中片外FLASH分区示意图。
图3是本发明实施例的程序加载流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清晰，下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细描述。
本发明对应的系统结构框图如图1所示。本发明应用的硬件条件为：
以STM32单片机STM32H750和FLASH芯片W25Q32为例，STM32H750内置性能先进的
Figure RE-GDA0002774511470000031
-M7内核(带双精度浮点单元)，是STM32H7系列中的最优惠价位芯片。STM32H750片内FLASH容量仅有128KB，其地址范围为0x08000000– 0x0801FFFF。通常来说此FLASH容量已足够用，但在应用程序较大的情况下，需要外扩 FLASH。FLASH芯片W25Q32的容量为4MB，将其外挂于STM32H750单片机，映射的地址范围为0x90000000–0x903FFFFF。本发明实施例中片内和片外FLASH的分区示意图如图2a、2b所示。
在本发明中，需要将片内FLASH分为两个部分，第一个部分的地址范围为0x08000000 –0x08004FFF，容量为20KB，用于加载自定义Bootloader程序；第二个部分的地址范围为0x08005000–0x0801FFFF，容量为108KB，用于加载应用程序的片内部分程序。
本发明提供一种基于串口的STM32单片机片内和片外FLASH程序分散加载方法，本发明实施例的程序加载流程如图3所示。具体步骤如下：
步骤a：编写自定义Bootloader程序；
STM32系列单片机在出厂时已烧录了预置Bootloader程序，且不能修改。该程序可以通过串口接收应用程序数据并将其加载到片内FLASH中，然而该程序中并没有包含STM32处理器同片外FLASH通信的代码，即不能将应用程序数据加载到片外FLASH中。因此需要编写自定义Bootloader程序，添加预置Bootloader程序所没有的与片外FLASH 通信的代码，以达到可分散加载片内和片外FLASH程序的目的。
所述步骤a的编写自定义Bootloader程序的具体步骤包括：
(1)实现程序跳转功能：上电后读取启动配置，根据配置来判断下一步是执行应用程序加载功能还是跳转到应用程序执行，默认为跳转到应用程序执行；
在本实施例中，启动配置是通过一个GPIO管脚PC13来实现的，在系统上电前将该管脚电平置高，则STM32处理器跳转为执行应用程序加载功能；反之，则跳转为执行应用程序。
(2)实现串口通信功能：串口可接收上位机下发的数据，数据中包含片内和片外FLASH 加载文件及对应的文件加载地址；串口可向上位机发送片内和片外FLASH中加载的数据；
(3)实现STM32处理器同片内和片外FLASH通信功能：STM32处理器通过串口接收加载文件，依据对应的加载地址将该加载文件分别写入片内FLASH的第二分区和片外 FLASH中，STM32处理器可以读取片内和片外FLASH中的数据。
步骤b：编写应用程序，并将其分成两个部分，分别对应片内和片外FLASH；
所述步骤b的具体方法是：将应用程序源文件分成两部分，在集成仿真开发软件中分别指定这两部分的加载地址，源文件在编译后即可生成两个bin文件；所述的集成仿真开发软件包括EWARM、MDK-ARM、TrueSTUDIO、SW4STM32等软件，在本实施例中，所用集成仿真开发软件为MDK-ARM。
步骤c：将步骤a中的自定义Bootloader程序通过串口加载到片内FLASH中；
所述步骤c的加载步骤为：
(1)系统上电时刻读取BOOT配置，根据此配置来决定STM32处理器执行出厂时预置Bootloader程序；
在本实施例中，BOOT配置是通过BOOT管脚来实现的，在系统上电前将BOOT管脚电平置高，则STM32处理器执行出厂时预置Bootloader程序；反之，则执行自定义 Bootloader程序。
(2)执行出厂时预置Bootloader程序后，初始化串口和片内FLASH，等待接收串口数据；
(3)STM32处理器通过串口接收上位机下发的由步骤a生成的bin文件，并将其加载到片内FLASH的第一分区中。
步骤d：将步骤b生成的两部分程序通过串口分散加载到片内和片外FLASH中。
所述步骤d的加载步骤为：
(1)系统上电时刻读取BOOT配置，根据此配置来决定STM32处理器执行自定义Bootloader程序；
在本实施例中，在系统上电前将BOOT管脚电平置低，则STM32处理器执行自定义Bootloader程序。
(2)在执行自定义Bootloader程序后读取启动配置，根据此配置来决定STM32处理器跳转为执行应用程序加载功能；
在本实施例中，在系统上电前将管脚PC13的电平置高，则STM32处理器跳转为执行应用程序加载功能；反之，则跳转为执行应用程序。
(3)执行应用程序加载功能后，初始化串口及片内和片外FLASH，等待接收串口数据；
(4)STM32处理器通过串口接收上位机下发的由步骤b生成的bin文件，并分别加载到片内FLASH的第二分区和片外FLASH中。
所述分散加载步骤a、步骤b、步骤c和步骤d全部完成后，系统重新上电，STM32处理器依次读取BOOT配置和启动配置，根据配置来决定STM32处理器执行应用程序。
在本实施例中，在系统上电前将BOOT管脚电平和PC13管脚电平均置低，则STM32处理器执行已完成片内和片外FALSH加载的应用程序。
所述分散加载步骤c完成后，若以后要更新应用程序，仅需要依次执行步骤b和步骤 d。在本实施例中，若要更新应用程序，则无需改动步骤a编写的自定义Bootloader程序，也无需再次执行步骤c的加载操作。具体的执行步骤为：首先执行步骤b，重新编写应用程序，并将其分成两个部分，编译后生成两个bin文件；其次执行步骤d，在系统上电前将 BOOT管脚电平置低，将管脚PC13的电平置高，则STM32处理器先执行自定义Bootloader程序，再跳转为执行应用程序加载功能，随后STM32处理器通过串口接收上位机下发的由步骤b生成的bin文件，并分别加载到片内FLASH的第二分区和片外FLASH 中，如此即完成应用程序的更新。
本发明提出了一种基于串口的STM32单片机片内和片外FLASH程序分散加载方法，在需要外挂FLASH的应用中，通过串口对片内和片外FLASH实现程序分散加载。本发明的优势在于：无需仿真器，成本低；通过串口可以对片内和片外FLASH实现分散加载，操作简单；通过串口可直接更新应用程序，灵活方便。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。

Claims (8)

1.一种基于串口的STM32单片机片内和片外FLASH程序分散加载方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤a：编写自定义Bootloader程序；
步骤b：编写应用程序，并将其分成两个部分，分别对应片内和片外FLASH；
步骤c：将步骤a中的自定义Bootloader程序通过串口加载到片内FLASH中；
步骤d：将步骤b生成的两部分程序通过串口分散加载到片内和片外FLASH中。
2.根据权利要求1所述的一种基于串口的STM32单片机片内和片外FLASH程序分散加载方法，其特征在于：所述片内FLASH分为两个区，其中第一分区用于加载自定义Bootloader程序，第二分区用于加载应用程序的片内部分程序，且第一分区的基地址为片内FLASH的基地址。
3.根据权利要求1所述的一种基于串口的STM32单片机片内和片外FLASH程序分散加载方法，其特征在于：所述步骤a编写完成后编译生成bin文件，编写自定义Bootloader程序的具体步骤包括：
(1)实现程序跳转功能：上电后读取启动配置，根据配置来判断下一步是执行应用程序加载功能还是跳转到应用程序执行，默认为跳转到应用程序执行；
(2)实现串口通信功能：串口接收上位机下发的数据，数据中包含片内和片外FLASH加载文件及对应的文件加载地址；串口向上位机发送片内和片外FLASH中加载的数据；
(3)实现STM32处理器同片内和片外FLASH通信功能：STM32处理器通过串口接收加载文件，依据对应的加载地址将该加载文件分别写入片内FLASH的第二分区和片外FLASH中，STM32处理器还可以读取片内和片外FLASH中的数据。
4.根据权利要求1所述的一种基于串口的STM32单片机片内和片外FLASH程序分散加载方法，其特征在于：所述步骤b的具体方法是：将应用程序源文件分成两部分，在集成仿真开发软件中分别指定这两部分的加载地址，源文件在编译后即可生成两个bin文件。
5.根据权利要求1所述的一种基于串口的STM32单片机片内和片外FLASH程序分散加载方法，其特征在于：所述步骤c的加载步骤为：
(1)系统上电时刻读取BOOT配置，根据此配置来决定STM32处理器执行出厂时预置Bootloader程序；
(2)执行出厂时预置Bootloader程序后，初始化串口和片内FLASH，等待接收串口数据；
(3)STM32处理器通过串口接收上位机下发的由步骤a成的bin文件，并将其加载到片内FLASH的第一分区中。
6.根据权利要求1所述的一种基于串口的STM32单片机片内和片外FLASH程序分散加载方法，其特征在于：所述步骤d的加载步骤为：
(1)系统上电时刻读取BOOT配置，根据此配置来决定STM32处理器执行自定义Bootloader程序；
(2)在执行自定义Bootloader程序后读取启动配置，根据此配置来决定STM32处理器跳转为执行应用程序加载功能；
(3)执行应用程序加载功能后，初始化串口及片内和片外FLASH，等待接收串口数据；
(4)STM32处理器通过串口接收上位机下发的由步骤b生成的bin文件，并分别加载到片内FLASH的第二分区和片外FLASH中。
7.一种基于串口的STM32单片机片内和片外FLASH程序分散加载方法，分散加载步骤a、步骤b、步骤c和步骤d全部完成后，系统重新上电，STM32处理器依次读取BOOT配置和启动配置，根据配置来决定STM32处理器执行应用程序。
8.一种基于串口的STM32单片机片内和片外FLASH程序分散加载方法，进一步包括对加载后的应用程序更新的步骤，所述的更新的步骤具体为依次执行所述分散加载方法的步骤b和步骤d。
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