唐洪富，王肖楠

　?。ㄈA北計算機系統(tǒng)工程研究所,，北京 100083）

　　摘要：在闡述STM32F103VET6微處理器的存儲空間和在應(yīng)用中編程（IAP）技術(shù)原理的基礎(chǔ)上，以GPRS通信的方式,，實現(xiàn)了MCU固件在線遠(yuǎn)程更新,，提高了固件維護(hù)的方便性，縮短了終端系統(tǒng)的開發(fā)周期,，降低了成本,。

　　關(guān)鍵詞：STM32F103；GPRS,；IAP,；固件更新

0引言

　　在以物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù),、云計算為代表的信息科技爆炸式發(fā)展的今天,，嵌入式產(chǎn)品越來越豐富，并且版本的升級迭代速度非?？?。但是通常的嵌入式產(chǎn)品都是用燒寫器將代碼燒寫到嵌入式主控制器或者其他存儲芯片中，在產(chǎn)品交付給用戶以后,，如果需要對軟件代碼進(jìn)行升級,，或者生產(chǎn)廠家想要對產(chǎn)品進(jìn)行修改，就必須到現(xiàn)場重新燒寫程序。這樣,，從時間到成本都造成了很大的開銷,，非常不靈活。因此遠(yuǎn)程更新MCU的固件就成為解決這一問題的有效手段,。本文以STM32F103VET6 為平臺,，使用GPRS通信方式和IAP 技術(shù)實現(xiàn)MCU固件的遠(yuǎn)程更新。該技術(shù)對于具備GPRS通信的嵌入式產(chǎn)品有很好的幫助,，對3G或者4G的嵌入式產(chǎn)品也有借鑒的意義,。

1系統(tǒng)的硬件設(shè)計

　　本系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。MCU使用芯片STM32F103VET6,，該處理器是意法半導(dǎo)體（ST）公司發(fā)布的基于CortexM3內(nèi)核的增強型系列處理器，工作頻率最高達(dá)到72 MHz,，帶有片內(nèi)RAM,、片內(nèi)Flash和豐富的外設(shè)。GPRS模塊的型號是G510,。MCU通過串口,，使用AT命令與G510模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。USB轉(zhuǎn)串口模塊作為PC與MCU的數(shù)據(jù)交互的有效手段,，通過打印數(shù)據(jù)信息就可以知道MCU的工作狀態(tài),。電源模塊產(chǎn)生兩種電壓，包括為MCU和USB模塊供電的3.3 V電壓和為GPRS模塊供電的4.0 V電壓,。

2MCU的地址

　　STM32F103VET6的內(nèi)核是CortexM3,，它的存儲系統(tǒng)采用統(tǒng)一尋址方式，程序存儲器,、數(shù)據(jù)存儲器,、寄存器和輸入輸出接口被組織在同一個4 GB的線性地址空間內(nèi)。存儲空間被分成8個主要塊,，每個塊為512 MB,。以STM32F103VET6處理器為例， 圖2為代碼塊和片內(nèi)SRAM的地址映射圖,。STM32F103VET6有512 KB的Flash存儲空間,，地址從0x08000000至0x0807ffff;有64 KB的SRAM，地址從0x20000000到0x2000ffff,。

　　通過設(shè)置BOOT［1:0］引腳值為00,，使STM32F103 VET6上電后從Flash的0x08000000地址處開始執(zhí)行代碼。

3IAP技術(shù)的實現(xiàn)

　　3.1IAP技術(shù)原理［1］

　　在應(yīng)用編程（IAP）技術(shù)是指MCU在執(zhí)行用戶程序的過程中對片內(nèi)Flash 的部分區(qū)域進(jìn)行擦寫,，把真正的用戶二進(jìn)制代碼燒寫到Flash中,。在這里，IAP的程序要實現(xiàn)兩個功能： 一是通過GPRS通信接收已經(jīng)編譯鏈接好的二進(jìn)制的應(yīng)用代碼到內(nèi)存；二是將應(yīng)用代碼燒寫到片內(nèi)Flash 中,。系統(tǒng)復(fù)位后,，MCU首先執(zhí)行IAP和GPRS通信程序，此段代碼必須使用硬件燒寫器,，比如JLink燒寫到MCU中,；等待MCU接收并燒寫好真正的功能代碼后，跳轉(zhuǎn)至此段代碼開始執(zhí)行用戶程序,。這兩段代碼都是燒寫在片內(nèi)Flash中,，必須保證兩段代碼的存放區(qū)域不能重疊，否則會出現(xiàn)程序覆蓋,，將無法正確執(zhí)行用戶程序,。通過設(shè)置標(biāo)志位，并且存儲到Flash中,，來判斷上電后執(zhí)行的是IAP程序還是用戶程序,。

　　3.2燒寫文件格式

　　IAP驅(qū)動和GPRS通信程序是用MDK編譯器生成的HEX文件，通過JTAG燒寫到STM32F103VET6的Flash中,，起始地址是0x08000000,。由于MDK產(chǎn)生的是HEX文件，因此需要使用轉(zhuǎn)換工具將用于通過GPRS通信方式從服務(wù)器端下發(fā)到終端的固件代碼由HEX文件格式轉(zhuǎn)換成BIN文件格式,。終端將新的固件代碼寫入到Flash中,，起始地址設(shè)為0x08020000。

　　3.3軟件實現(xiàn)

　　由于要更新的固件的存儲地址是0x08020000,，因此需要調(diào)整新固件的中斷向量表的地址：NVIC＿SetVectorTable(NVIC＿VectTab＿FLASH,0x08020000)［2］,。使用起始地址為0x0807f800最后一頁Flash存儲字符型變量Update_Flag，該變量的值保存了固件更新的狀態(tài),。當(dāng)Update_Flag等于0時,，代表無應(yīng)用程序，MCU執(zhí)行IAP驅(qū)動和GPRS通信程序,；當(dāng)Update_Flag等于1時,，代表應(yīng)用程序是已經(jīng)寫入Flash中的有效代碼，則MCU執(zhí)行新的固件程序,。系統(tǒng)的軟件流程如圖3所示,。　

　　連接的流程圖STM32F103VET6與GPRS模塊的數(shù)據(jù)交互［3］通過串口來完成,，終端與服務(wù)器的連接建立的過程如圖4所示,。建立連接后，MCU可以發(fā)送報文A1向服務(wù)器請求新固件,。服務(wù)器收到此報文后,，把要發(fā)送的BIN格式的新固件按照表1所示的報文格式發(fā)送至終端,。幀長度是包含從類型到校驗位的總長度。這里考慮到G510傳輸每幀數(shù)據(jù)的最長字節(jié)數(shù)和Flash寫操作的方便性,，設(shè)定數(shù)據(jù)區(qū)的最大長度為1 024 B,。服務(wù)器端打開BIN格式的文件，并且按照表1所示的幀格式把數(shù)據(jù)裝載成幀A2,，然后發(fā)送,。用幀計數(shù)來避免因為網(wǎng)絡(luò)擁堵等問題造成的數(shù)據(jù)傳輸錯誤。采用應(yīng)答式的交互方式,，終端每次收到一條固件幀,，就以正確幀R1或者錯誤幀R2回應(yīng)。R1和R2中包含幀計數(shù)和服務(wù)器端設(shè)置延時,，發(fā)送完一幀數(shù)據(jù)后,，延時5 s，在這段時間內(nèi),，沒有收到回應(yīng)的數(shù)據(jù)則重發(fā),。服務(wù)器發(fā)送完最后一幀固件數(shù)據(jù)，并且收到正確的回答后,，再發(fā)送一幀結(jié)束數(shù)據(jù)A3，使終端知道固件已經(jīng)全部發(fā)送完畢,。具體的服務(wù)器和終端的數(shù)據(jù)傳輸?shù)牧鞒虉D如圖5所示,。

　　先使用JTAG把IAP驅(qū)動和GPRS通信的代碼寫入到Flash的起始地址0x08000000處，然后復(fù)位終端,，等待終端與服務(wù)器建立好連接,。服務(wù)器使用圖6所示的客戶端界面形成規(guī)范的報文，然后發(fā)送到終端,，實現(xiàn)終端固件的遠(yuǎn)程更新,。

4結(jié)論

　　通過實驗，用戶代碼被正常執(zhí)行,，說明遠(yuǎn)程更新已經(jīng)正常實現(xiàn),。因此，IAP 技術(shù)為遠(yuǎn)程更新用戶代碼提供了極大的方便,，不僅能夠提高產(chǎn)品性能,，增強產(chǎn)品的功能，而且大大降低了企業(yè)產(chǎn)品運營和維護(hù)的成本,，是一門實用性很強的技術(shù),，在將來的3G、4G等嵌入式產(chǎn)品中將會被廣泛地使用,。

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