剖析MCU的IAP升級(jí)軟件設(shè)計(jì)思路

轉(zhuǎn)自公號(hào)：最后一個(gè)bug

二次整理：strongerHuang

做軟件開(kāi)發(fā)的人，都知道程序升級(jí)。升級(jí)的方式有很多，今天就來(lái)講講升級(jí)的軟件的設(shè)計(jì)思路。

一、ISP/ICP/IAP名稱解釋

在我們學(xué)習(xí)MCU的過(guò)程中經(jīng)常看到IAP、ISP、JTAG等等一些與在線編程相關(guān)的專(zhuān)業(yè)名詞，可能很多小伙伴到現(xiàn)在都迷迷糊糊的，這里簡(jiǎn)單為大家介紹一下:

1)ICP -（In-circuit programmer）  

ICP表示在電路編程，MCU內(nèi)部不需要有程序，直接上電就能夠進(jìn)行對(duì)程序存儲(chǔ)區(qū)域進(jìn)行編程的方式，我們平時(shí)使用JTAG或者SWD等等就屬于這種方式。

2)ISP - (In-system programer) 

ISP表示在系統(tǒng)編程，通過(guò)MCU專(zhuān)用的串行編程接口進(jìn)行編程，那也就是說(shuō)MCU需要具有運(yùn)行的外部條件，比如需要有晶振等等。比如說(shuō)平時(shí)使用的stm32通過(guò)設(shè)置boot引腳設(shè)置對(duì)應(yīng)啟動(dòng)模式，然后通過(guò)串口等對(duì)內(nèi)部Flash進(jìn)行升級(jí)，可以說(shuō)這種方式就是廠家在芯片內(nèi)部固化了一個(gè)BootLoader程序。

3)IAP - (In-application programer) 

IAP表示在應(yīng)用編程，這種名詞應(yīng)該是大家在平時(shí)學(xué)習(xí)過(guò)程中見(jiàn)得比較多的，相當(dāng)于自己定制一個(gè)BootLoader程序，自己通過(guò)編程設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)各種升級(jí)的方式比如串口、CAN、以太網(wǎng)等等，非常的靈活。其實(shí)這個(gè)BootLoader程序也是我們自己設(shè)計(jì)的程序，你也可以認(rèn)為是一個(gè)App程序，相當(dāng)于通過(guò)對(duì)App劃分職責(zé)對(duì)自己進(jìn)行更新和升級(jí)。這種方式也就是我們今天話題的主角。

二、MCU軟件升級(jí)設(shè)計(jì)思路

對(duì)于我們的MCU現(xiàn)在大部分的都是使用Flash來(lái)存儲(chǔ)程序，同時(shí)程序內(nèi)部也會(huì)有讀寫(xiě)Flash的接口函數(shù)，中斷也可以方便的重定位，這樣就非常適合IAP程序的開(kāi)發(fā)。

1)IAP升級(jí)V1.0

升級(jí)軟件設(shè)計(jì)圖:

我們把MCU的Flash分區(qū)分為如上圖所示的三個(gè)部分，Bootloader就是我們所要編寫(xiě)的啟動(dòng)程序，App程序?yàn)轫?xiàng)目的實(shí)際應(yīng)用程序，Param區(qū)域是用于存儲(chǔ)相應(yīng)的版本App的版本信息以及完整性校驗(yàn)標(biāo)志序列等傳遞數(shù)據(jù)區(qū)域。

工作方式1：當(dāng)MCU啟動(dòng)以后運(yùn)行Bootloader程序，檢測(cè)到Param參數(shù)區(qū)域是否存在App記錄，如果存在App直接運(yùn)行App程序即可，如果不存在，則向PC機(jī)請(qǐng)求App文件。

工作方式2：當(dāng)MCU運(yùn)行App過(guò)程中，接收到PC機(jī)的升級(jí)請(qǐng)求，更新Param參數(shù)區(qū)域，并跳轉(zhuǎn)到BootLoader進(jìn)行App程序的接受和升級(jí)，升級(jí)完成以后處理Param參數(shù)區(qū)域并運(yùn)行對(duì)應(yīng)的新App程序。

V1.0算是比較常規(guī)的應(yīng)用案例，我們都知道對(duì)MCU內(nèi)部Flash進(jìn)行編程一般會(huì)有解鎖、擦除、寫(xiě)入和驗(yàn)證幾個(gè)階段，當(dāng)我們擦除原來(lái)MCU存儲(chǔ)的App程序以后如果手頭上沒(méi)有相關(guān)的固件，基本上就不能恢復(fù)了，這樣如果我們想退回到之前的版本不可能了！于是升級(jí)方案還需要在改善一下。

2)IAP升級(jí)V2.0 

為了解決V1.0提出的問(wèn)題我們App分成了兩部分如下圖所示:

解析一下:上面兩張圖的原理是一樣的，都是把接收到的新App保存起來(lái)(如果你用于備份老的App也是可以的)，圖1是通過(guò)把MCU內(nèi)部Flash進(jìn)行劃分，一部分用于存儲(chǔ)新App，另外一部分是原來(lái)運(yùn)行的App區(qū)域，這樣的話，當(dāng)我們通過(guò)bootloader接收完完整的新App進(jìn)行校驗(yàn)、解密處理以后便可以寫(xiě)入到平時(shí)運(yùn)行的App區(qū)域，從而防止了V1.0在升級(jí)過(guò)程中掉電、通信異常導(dǎo)致擦除了App的問(wèn)題。

同時(shí)，我們也可以把上一版本App備份到我們預(yù)留的內(nèi)部Flash或者外部存儲(chǔ)設(shè)備中，如果想還原系統(tǒng)即可直接通過(guò)PC發(fā)送相應(yīng)命令進(jìn)行恢復(fù)即可。

好了，又有小伙伴提出問(wèn)題，大家都知道我們自己編寫(xiě)的BootLoader是非常靈活的，可以支持多種通信協(xié)議的升級(jí)模式，不過(guò)在前期我們可能沒(méi)有考慮完善，后續(xù)想進(jìn)一步完善相應(yīng)功能就需要我們對(duì)Bootloader進(jìn)行升級(jí)，那么我們可以通過(guò)App對(duì)Bootloader進(jìn)行升級(jí)操作，一般這種方式就可以滿足需求，不過(guò)如果在升級(jí)BootLoader過(guò)程中發(fā)生故障，那Bootloader全部被擦除導(dǎo)致整個(gè)MCU變成了個(gè)磚頭。好吧，是時(shí)候上V3.0版本的IAP程序了。

3)IAP升級(jí)V3.0 

為了解決V2.0問(wèn)題，作者設(shè)計(jì)了第三種升級(jí)方式:

解析一下:在V2.0的基礎(chǔ)上我們?cè)黾恿薆ootloader2，對(duì)于Bootloader1相當(dāng)于固化在MCU中自定義的一種升級(jí)方式，而B(niǎo)ootloader2是可以根據(jù)我們啟動(dòng)升級(jí)需求進(jìn)行升級(jí)的區(qū)域，這樣即使在升級(jí)過(guò)程中擦除，我們也可以通過(guò)BootLoader1或者App2來(lái)進(jìn)行恢復(fù)Bootloader2。

不過(guò)具體的實(shí)現(xiàn)過(guò)程會(huì)設(shè)計(jì)到較多的邏輯處理，大家在實(shí)現(xiàn)該方案的同時(shí)需要前期進(jìn)行軟件上的設(shè)計(jì)和梳理。

長(zhǎng)按前往圖中包含的公眾號(hào)關(guān)注