STM32 如何生成升级固件

项目信息

处理芯片：STM32F407VET6（512KB Flash,192KB RAM）
升级接口：串口
升级通信协议：Ymodem
程序存储器：芯片内部 Flash
Bootload 程序大小：31396 byte
升级固件大小：83452 byte

1. STM32 的程序运行流程

无 IAP 程序时的运行流程

图1 无 IAP 程序时 STM32 的运行流程

stm32 的内部 flash 地址起始于 0x08000000，通常状况下，程序文件就从此地址开始写入。另外 stm32 内部有一张“中断向量表”来响应中断，程序启动后，将首先从“中断向量表”取出复位中断向量执行复位中断程序完成启动，而这张“中断向量表”的起始地址是 0x08000004，当中断来临，stm32 的内部硬件机制会自动将 PC 指针定位到“中断向量表”处，并根据中断源取出对应的中断向量执行中断服务程序。
由图 1 我们可以得知，stm32 在复位后会先从 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，如图标号 ① 所示；在复位中断服务程序执行完以后，会跳转到 main 函数，如图标号 ② 所示；而 main 函数通常都是一个死循环，在 main 函数执行过程当中，若是收到中断请求（发生中断），此时 STM32 会强制将 PC 指针指回“中断向量表”处，如图标号 ③ 所示；然后根据中断源进入相应的中断服务程序，如图标号 ④ 所示；在执行完中断服务程序之后，程序再次返回 main 函数执行，如图标号 ⑤ 所示。

有 IAP 程序时的运行流程

图2 有 IAP 程序时 STM32 的运行流程

由图 2 我们可以得知，在 stm32 复位后仍是从 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以后跳转到 IAP 的 main 函数，如图标号 ① 所示，这部分和图 1 所示流程一样；在执行完 IAP 过程后，程序跳转到应用程序的复位向量表，取出应用程序复位中断向量的地址，并跳转执行应用程序的复位中断服务程序，随后跳转至应用程序的 main 函数，如图标号 ② 和 ③ 所示；应用程序的 main 函数一样是一个死循环，而我们注意到此时 stm32 的 flash 在不一样位置上，共有两个中断向量表。在应用程序的 main 函数执行过程中，若 cpu 获得一个中断请求， PC 指针仍强制跳转到地址 0X08000004 中断向量表处，而不是应用程序的中断向量表处，如图标号 ④ 所示；程序再根据设置的“中断向量表偏移量”，跳转到对应中断源新的中断服务程序中，如图标号 ⑤ 所示；在执行完中断服务程序后，程序返回应用程序的 main 函数中继续运行，如图标号 ⑥ 所示。
经过以上两个过程的分析，我们知道了 IAP 程序必须满足两个要求：
(1) 应用程序的起始地址必须在 IAP 程序以后的某个偏移量为 x 的地址开始。
(2) 必须将应用程序的中断向量表相应的移动，移动的偏移量也为 x。

2. 修改应用程序的 Flash 起始地址

图3 STM32F40x 和STM32F41x Flash 模块构成

首先我们先来看看“图3 STM32F40x 和STM32F41x Flash 模块构成”，我们的芯片是 STM32F407VET6，flash 是512kb 的，所以我们主存储器的扇区只有 8 个，而不是 12 个。我的 bootload 程序大小是 31396 byte，所以 bootload 程序是只烧录在了扇区 0 和扇区 1 的位置。
那么我们应用程序的 flash 起始地址应该设置在哪里呢？
答案是除了扇区 0 和扇区 1 以外的地址。因为 stm32 的 flash 写数据只能将 1 写成 0，所以在升级固件前需要把应用程序区的 flash 区域进行擦除操作（将 flash 数据擦除成 0xff），而 STM32F407VET6 的 flash 擦除操作只能以扇区为基础单位来擦除，扇区 0 和扇区 1 存放着 bootload 程序，不能擦除，所以我们只能把应用程序的 flash 起始地址设置在除扇区 0 和扇区 1 以外的地址。
那么我们如何设置应用程序的 flash 起始地址呢？
在 keil 中，我们可以打开“Options”操作框，在“Target”栏找到“IROM1”的设置框，勾选并填写上本程序的 flash 起始地址(Start)和大小(Size)。因为我们把应用程序从 flash 的扇区 2 开始存储，所以我们把 flash 的起始地址设置为扇区 2 的起始地址 0x08008000，而且我们是把扇区 2 到扇区 7 都作为应用程序的 flash 区，所以我们的 falsh 大小设置为 0x78000。

图4 设置 flash 起始地址

3. 修改应用程序向量列表的地址

在 main 函数的开头处偏移向量列表
通过预定义偏移向量列表

然后在“system_stm32f4xx.c”文件处找到“VECT_TAB_OFFSET”定义，将其改为相应的偏移量。

4. 如何生成 bin 文件

打开“Options”操作框，点击“User”栏，将“Run#1”打勾，并在后面的方框中填入生成 bin 文件的指令。我的指令为：

fromelf(一个空格) --bin(一个空格) --output(一个空格) .\Output\Template.bin(一个空格) .\Output\Template.axf

此指令的作用是将 axf 文件转换为 bin 文件。其中的“fromelf(一个空格) --bin(一个空格) --output(一个空格) .\”为固定格式不需要做修改，同时需要注意路径共有四个空格。“Output\Template.bin”为要生成的bin文件名和bin文件存储的路径；“Output\Template.axf”为要转换的 axf 文件名和 axf 文件所在的路径，axf 是已经生成了的，可以在存放“Listing”数据的文件夹中找到。
添加完成指令后按下“编译”即可生成 bin 文件。