IAP在線升級(jí)原理概述

IAP（In Application Programming）即在應(yīng)用編程，IAP是用戶自己的程序在運(yùn)行過(guò)程中對(duì)User Flash的部分區(qū)域進(jìn)行燒寫，目的是為了在產(chǎn)品發(fā)布后可以方便地通過(guò)預(yù)留的通信口對(duì)產(chǎn)品中的固件程序進(jìn)行更新升級(jí)。通常實(shí)現(xiàn)IAP功能時(shí)，即用戶程序運(yùn)行中作自身的更新操作，需要在設(shè)計(jì)固件程序時(shí)編寫兩個(gè)項(xiàng)目代碼，第一個(gè)項(xiàng)目程序不執(zhí)行正常的功能操作，而只是通過(guò)某種通信方式(如USB、USART)接收程序或數(shù)據(jù)，執(zhí)行對(duì)第二部分代碼的更新；第二個(gè)項(xiàng)目代碼才是真正的功能代碼。這兩部分項(xiàng)目代碼都同時(shí)燒錄在User Flash中，當(dāng)芯片上電后，首先是第一個(gè)項(xiàng)目代碼開始運(yùn)行，它作如下操作：1. 檢查是否需要對(duì)第二部分代碼進(jìn)行更新2. 如果不需要更新則轉(zhuǎn)到43. 執(zhí)行更新操作4. 跳轉(zhuǎn)到第二部分代碼執(zhí)行

圖1. IAP代碼執(zhí)行流程

在圖上圖所示流程中，AT32復(fù)位后，還是從0X08000004地址取出復(fù)位中斷向量的地址，并跳轉(zhuǎn)到復(fù)位中斷服務(wù)程序，在運(yùn)行完復(fù)位中斷服務(wù)程序之后跳轉(zhuǎn)到IAP的main函數(shù)，如圖標(biāo)號(hào)①所示。在執(zhí)行完IAP以后（即將新的APP代碼寫入AT32的FLASH，灰底部分。新程序的復(fù)位中斷向量起始地址為0X08000004+N+M），跳轉(zhuǎn)至新寫入程序的復(fù)位向量表，取出新程序的復(fù)位中斷向量的地址，并跳轉(zhuǎn)執(zhí)行新程序的復(fù)位中斷服務(wù)程序，隨后跳轉(zhuǎn)至新程序的main函數(shù)，如圖標(biāo)號(hào)②和③所示，同樣main函數(shù)為一個(gè)死循環(huán)，并且注意到此時(shí)AT32的FLASH，在不同位置上，共有兩個(gè)中斷向量表。

在main函數(shù)執(zhí)行過(guò)程中，如果CPU得到一個(gè)中斷請(qǐng)求，PC指針仍強(qiáng)制跳轉(zhuǎn)到地址0X08000004中斷向量表處，而不是新程序的中斷向量表，如圖標(biāo)號(hào)④所示；程序再根據(jù)我們?cè)O(shè)置的中斷向量表偏移量，跳轉(zhuǎn)到對(duì)應(yīng)中斷源新的中斷服務(wù)程序中，如圖標(biāo)號(hào)⑤所示；在執(zhí)行完中斷服務(wù)程序后，程序返回main函數(shù)繼續(xù)運(yùn)行，如圖標(biāo)號(hào)⑥所示。

通過(guò)以上兩個(gè)過(guò)程的分析，我們知道IAP程序必須滿足兩個(gè)要求：

1. 新程序必須在IAP程序之后的某個(gè)偏移量為x的地址開始2. 必須將新程序的中斷向量表相應(yīng)的移動(dòng)，移動(dòng)的偏移量為x

AT32 USB HID IAP快速使用方法

硬件資源

文檔中是用AT-START-AT32F403A實(shí)驗(yàn)板的硬件條件為例，OTA demo源代碼還包括AT32其他型號(hào)，用戶只需編譯對(duì)應(yīng)型號(hào)工程燒錄于AT-START實(shí)驗(yàn)板運(yùn)行即可。1) 指示燈LED2/LED3/LED42) USART1(PA9/PA10)3) AT-START實(shí)驗(yàn)板

軟件資源

1. APP_Release

● IAP_Programmer.exe PC機(jī)tool

2. SourceCode

● bootloader，IAP源程序，運(yùn)行LE2閃爍

● app_led3_toggle，app1 LED3閃爍源程序

● app_led4_toggle，app2 LED4閃爍源程序

注：工程基于keil v5和IAR8.2建立，若用戶需要在其他編譯環(huán)境上使用，請(qǐng)參考

AT32F403A_407_Firmware_Library_V2.x.x\project\at_start_f403a\templates中各種編譯環(huán)境（例如IAR6/7/8,keil 4/5,eclipse_gcc）進(jìn)行對(duì)應(yīng)修改即可。

IAP Programmer使用

1. 打開bootloader源程序，編譯后下載到實(shí)驗(yàn)板

2. 打開IAP Programmer.exe3. 如圖，選擇USB設(shè)備,使用的是HID設(shè)備，因此不需要驅(qū)動(dòng)4. 選擇APP下載地址（下載地址需要與IAP設(shè)置的下載地址相同）和bin文檔，選擇是否需要CRC校驗(yàn)，點(diǎn)擊Download下載5. 觀察LED2/3/4閃爍，LED2閃爍-bootloader工作，LED3閃爍-app1工作，LED4閃爍-app2工作6. 支持?jǐn)嚯姳Ｗo(hù)，當(dāng)程序沒(méi)有download成功時(shí)，下次啟動(dòng)還在IAP模式

圖2. IAP demo上位機(jī)

AT32 USB HID IAP程序設(shè)置

地址分布

表1. 地址分布

Note：bootloader區(qū)域最后一個(gè)扇區(qū)，用于放置防掉電丟失的flag，用戶修改bootloader時(shí)請(qǐng)勿操作該段地址。

bootloader project設(shè)置

1) Keil設(shè)置

圖3. bootloader project中add1在Keil設(shè)置

2)bootloader源程序修改

hid_iap_user.h文件中

圖4. bootloader project中add2在程序中設(shè)置

app設(shè)置

該demo提供了2個(gè)app程序供測(cè)試用，皆以add2（0x800 4000）為起始地址。app1 LED3閃爍，app2 LED4閃爍。以app LED3為例，設(shè)計(jì)步驟如下：

1.Keil工程設(shè)置

圖5. app project中add2在Keil設(shè)置

2.app源程序設(shè)置

修改main.c中的中斷向量偏移

圖6. app源程序設(shè)置

3. 編譯生成bin文件

通過(guò)在User選項(xiàng)卡，設(shè)置編譯后調(diào)用fromelf.exe，根據(jù).axf文件生成.bin文件，用于IAP更新。

以上3個(gè)步驟，我們就可以得到一個(gè).bin的APP程序，通過(guò)bootloader程序即可實(shí)現(xiàn)更新。

4. 開啟debug app code功能

如果在設(shè)計(jì)app code過(guò)程中需要對(duì)app project進(jìn)行單獨(dú)調(diào)試，請(qǐng)按照以下操作。

● 下載bootloader project

● 第一次使用debug功能需要IAP Programmer.exe成功下載一次app.(成功下載之后會(huì)寫flag，表示下次從app啟動(dòng)。默認(rèn)flag會(huì)從bootloader啟動(dòng))

● debug app project

IAP、APP與上位機(jī)通信流程

1. 上位機(jī)通信流程

圖7. 上位機(jī)通信流程

2. IAP端下位機(jī)通信流程

圖8. IAP端下位機(jī)通信流程

注意：具體協(xié)議請(qǐng)參考AT32_HID_IAP_Protocol.pdf

USB HID IAP Protocol

本節(jié)描述USB HID升級(jí)協(xié)議，使用此協(xié)議與上位機(jī)進(jìn)行通信，達(dá)到升級(jí)固件的目的。

命令列表

注意1：HID MaxPacket=64Byte

注意2：每一個(gè)包的前面兩個(gè)Byte固定為命令

注意3：命令按照MSB,LSB的順序傳輸

ACK：0XFF00，NACK：0x00FF

命令詳解

1. 0x5AA0進(jìn)入IAP模式

作為一個(gè)特定的命令，當(dāng)用戶APP收到這個(gè)命令之后將進(jìn)入IAP模式。實(shí)現(xiàn)方式為收到這個(gè)命令之后擦除flag然后reset

上位機(jī)：[0x5A,0xA0]

IAP設(shè)備響應(yīng)：[0x5A,0XA0,ACK/NACK]

2. 0x5AA1開始下載

上位機(jī)：[0x5A,0xA1]

IAP設(shè)備響應(yīng)：[0x5A,0xA1,ACK/NACK]

3. 0x5AA2設(shè)置下載地址

設(shè)置下載地址需按照1KB對(duì)齊，每下載1Kbyte數(shù)據(jù)之后，都需要重新設(shè)置下載地址。

上位機(jī)(命令+地址)：[0x5A,0xA2,0x08,0x00,0x40,0x00]

IAP設(shè)備響應(yīng)：[0x5A,0xA2,ACK/NACK]

4. 0x5AA3下載數(shù)據(jù)命令(1KB對(duì)齊多個(gè)包發(fā)送)

下載數(shù)據(jù)命令采用命令+長(zhǎng)度+數(shù)據(jù)的格式進(jìn)行發(fā)送，每包最大數(shù)據(jù)量為60Byte（64–命令–長(zhǎng)度），當(dāng)發(fā)送數(shù)據(jù)達(dá)到1KB時(shí)，上位機(jī)需要等待設(shè)備的ACK響應(yīng)。此時(shí)設(shè)備需將1KB的數(shù)據(jù)寫到FLASH。

上位機(jī)（命令(2Byte)+長(zhǎng)度(2Byte)+數(shù)據(jù)(nbyte)）:[0x5A,0xA3,LEN1,LEN0,DATA0….DATAn]

收完1KB數(shù)據(jù)后IAP設(shè)備響應(yīng)：[0x5A,0XA3,ACK/NACK]

5. 0x5AA4下載結(jié)束

上位機(jī)：[0x5A,0xA4]

IAP設(shè)備響應(yīng)：[0x5A,0xA4,ACK/NACK]

6. 0x5AA5固件CRC校驗(yàn)

上位機(jī)傳輸固件起始地址和固件大小/1KB（固件大小按1KB對(duì)齊，不足補(bǔ)0xFF），由IAP計(jì)算CRC之后返回給上位機(jī)。

上位機(jī)：[0x5A,0xA5,0x08,0x00,0x40,0x00,LEN1,LEN0]

IAP設(shè)備響應(yīng)：[0x5A,0xA5,ACK/NACK,CRC3,CRC2,CRC1,CRC0]

7. 0x5AA6跳轉(zhuǎn)命令

跳轉(zhuǎn)命令將跳轉(zhuǎn)到用戶代碼進(jìn)行運(yùn)行

上位機(jī)：[0x5A,0xA6,0x08,0x00,0x40,0x00]

IAP設(shè)備響應(yīng)：[0x5A,0xA6,ACK/NACK]

8. 0x5AA7獲取IAP設(shè)置的app地址

返回IAP設(shè)置的app地址

上位機(jī)：[0x5A,0xA7]

IAP設(shè)備響應(yīng)：[0x5A,0xA7,ACK/NACK,0x08,0x00,0x40,0x00]

關(guān)于雅特力雅特力科技于2016年成立，是一家致力于推動(dòng)全球市場(chǎng)32位微控制器創(chuàng)新趨勢(shì)的芯片(MCU)設(shè)計(jì)公司，專注于ARM Cortex-M4/M0+的32位微控制器研發(fā)與創(chuàng)新，全系列采用55nm先進(jìn)工藝及ARM Cortex-M4高效能或M0+低功耗內(nèi)核，締造M4業(yè)界最高主頻288MHz運(yùn)算效能，并支持工業(yè)級(jí)別芯片工作溫度范圍（-40°~105°）。雅特力目前已累積相當(dāng)多元的終端產(chǎn)品成功案例：如微型打印機(jī)、掃地機(jī)、光流無(wú)人機(jī)、熱成像儀、激光雷達(dá)、工業(yè)縫紉機(jī)、伺服驅(qū)控、電競(jìng)周邊市場(chǎng)、斷路器、ADAS、T-BOX、數(shù)字電源、電動(dòng)工具等終端設(shè)備應(yīng)用，廣泛地覆蓋5G、物聯(lián)網(wǎng)、消費(fèi)、商務(wù)及工控等領(lǐng)域。