來源：納芯微電子

在上期《無需返廠！基于實時控制MCU NS800RT5039 的 IAP 固件升級指南（理論篇）》中，我們已經詳細拆解了 IAP 技術的核心原理、關鍵概念、方案設計邏輯以及實戰中常見問題的避坑要點。本篇將聚焦實操落地，以 MDK 開發環境為依托，展示如何基于 NS800RT5039， 從 0 開發一個簡單的 IAP 項目。

硬件準備和環境搭建

NSSinePad-NS800RT5039_V2.0開發板×1

圖1 開發板

USB串口模塊：可使用 NSSinePad 板載USB串口

IAP上位機準備：UartAssist串口調試助手或自行開發

圖2 上位機界面

工程環境準備

安裝MDK

解壓《NS800RT5XXX-SDK-v1.4.0》開發包

導入安裝 SDK 目錄下的 "utilitiespackMDKNOVOSENSE.NS800RT5XXX.xxx.zip" pack 包

基于 SDK 模版工程新建兩個新的工程 App 和 Bootloader，配置好源文件路徑和頭文件路徑，還有sct文件路徑

圖3 新建MDK工程

方案設計總覽

通訊協議設計：使用 UART 接口，無特定數據包結構，傳輸固件原始數據。當 MCU 準備好接收數據時，上位機以分包的形式傳輸升級固件，包大小為 512 字節，包延時為 125 ms ，MCU每收到一包便將數據燒錄進 Flash

上位機：我們可以用串口調試助手作為上位機，使用自帶的二進制流傳輸功能進行固件的發送

Bootloader 啟動方式：將 Bootloader 固件燒寫在默認的 Flash 啟動地址，MCU 復位默認啟動 Bootloader

App 啟動方式：在 Bootloader 中判斷 App 的有效性，App 有效則軟件跳轉，App 無效或者 BootKey 按下則進入 Bootloader 升級程序

分區地址規劃：

App 工程和 Bootloader 工程編譯輸出的固件結構大致如下所示：

圖4 bin固件結構

將它們的位置劃分在 Flash 的不同區域：

圖5 App 和 Bootloader 固件區域劃分

考慮 Ram 資源的使用：

Bootloader 是通過復位 MCU 的方式啟動，每次啟動都會再次進行堆棧的初始化操作

App 通過軟件跳轉的方式啟動，每次啟動也會再次進行堆棧初始化操作

當從 Bootloader 跳轉 App 時，因為方案中 App 與 Bootloader 沒有共享的 Ram 數據，Bootloader 所使用的 Ram 數據對于 App 是不重要的，App 可以在啟動時覆蓋掉 Ram 空間，同理 Bootloader 也是一樣的情況，因此 Bootloader 和 App 在對 Ram 利用率的角度上考慮，可以共用同一塊 Ram 空間，它們可以忽略 Ram 的資源競爭問題。

程序啟動時 Flash 空間和 Ram 空間的使用情況大致如下所示：

圖6Flash 和 Ram 資源使用示意圖

IAP 升級程序通信流程

在 Bootloader 中通過 UART 接收來自上位機的 App 固件數據，核心邏輯如下圖所示：

圖7 UART數據接收程序流程圖

程序實現如下：

程序清單1 UART 升級主程序

struct
{
 uint8_trxDataBuf[IAP_UART_PACKETSIZE];
 intrxcnt;
} iap;


intuart_download(void)
{
 intres =0;
 uint32_tflash_address = IAP_APP_ADDR;
 printf("Prepare for downloading
");


 /* 接收狀態初始化 */
 IAP_readyUart();


 /* 等待第一個數據 */
 while(UART_getRxFifoStatus(IAP_UART) == UART_FIFO_RX0) { }
 uint32_ttick =SystemTimer_getTime();


 while(SystemTimer_getTime() - tick 0)
  {
    res =IAP_writeFlash(flash_address, iap.rxDataBuf, iap.rxcnt);
   if(res)returnres;
  }
 return0;
}

其中從 UART RXFIFO 讀取全部數據保存到數據緩沖區中，使用下方UART數據接收函數實現。

程序清單2 UART 接收數據

staticintIAP_receiveUartData(void)
{
 intrxcnt = (int)UART_getRxFifoStatus(IAP_UART);
 if(iap.rxcnt + rxcnt >512)
   return-1;
   
 if(UART_getStatus(IAP_UART) & (UART_STAT_OR | UART_STAT_NF | UART_STAT_FE | UART_STAT_PF))
   return-1;


 while(rxcnt--)
  {
    iap.rxDataBuf[iap.rxcnt]= UART_readChar(IAP_UART);
    iap.rxcnt++;
  }


 return0;
}

使用 sct 文件

配置 Bootloader 與 App 的分區

Bootloader 的 sct 文件

程序清單3 Bootloader 的 sct 配置

;*************************************************************
;*** Scatter-Loading Description File generated by uVision ***
;*************************************************************


LR_IROM1 0x08000000 0x00004000 {  ; load region size_region
 ER_IROM1 0x08000000 0x00004000 { ; load address = execution address
  *.o (RESET, +First)
  *(InRoot$$Sections)
  .ANY (+RO)
  .ANY (+XO)
 }


 RW_ITCM 0x00000000 0x00010000 { ; 64K ITCM -> code in sram
 *.o (.itcm)
 }


 RW_VT_DTCM 0x20000000 0x00000400 { ; 1K VT_DTCM -> Vector Table
  * (.vt_dtcm)
 }


 RW_DTCM 0x20000400 0x00010000 { ; 63K DTCM -> fast sram
  .ANY (.dtcm, +RW +ZI)
  startup_*.o(STACK)
  startup_*.o(HEAP)
 }


 RW_SRAM1 0x20100000 0x00020000 { ; sram with parity
  * (.sram1)
 }
 RW_SRAM2 0x20120000 0x00020000 { ; sram with ECC
  * (.sram2)
 }
 RW_SRAMB 0x400C7000 UNINIT 0x00001000 { ; sram with backup
  * (.bss.backupsram)
 }
}

App 的 sct 文件

程序清單4 App 的 sct 配置

LR_IROM10x080040000x0007C000 {  ; load region size_region
ER_IROM10x080040000x0007C000 { ; load address = execution address
  *.o(RESET, +First)
  *(InRoot$$Sections)
  .ANY(+RO)
  .ANY(+XO)
 }


RW_ITCM0x000000000x00010000 { ; 64KITCM-> codeinsram
  *.o(.itcm)
 }


RW_VT_DTCM0x200000000x00000400 { ; 1KVT_DTCM->VectorTable
  * (.vt_dtcm)
 }


RW_DTCM0x200004000x00010000 { ; 63KDTCM-> fast sram
  .ANY(.dtcm, +RW+ZI)
  startup_*.o(STACK)
  startup_*.o(HEAP)
 }


RW_SRAM10x201000000x00020000 { ; sramwithparity
  * (.sram1)
 }
RW_SRAM20x201200000x00020000 { ; sramwithECC
  * (.sram2)
 }
RW_SRAMB0x400C7000UNINIT0x00001000 { ; sramwithbackup
  * (.bss.backupsram)
 }
}

向量表重定向

在 NS800RT5039 的 SDK 中，向量表重定向的操作在 SystemInit 函數中執行。

Bootloader 的 SystemInit 函數

如下方代碼所示，line 9 處初始化VTOR寄存器地址。由于 Bootloader 固件處于 Flash 默認啟動地址，故使用默認文件即可：

程序清單5 Bootloader 的 SystemInit 配置

voidSystemInit (void) {
 /************************************** SCB register start **************************************/
  SCB_EnableICache();
  SCB_EnableDCache();
  SCB->CACR|= SCB_CACR_FORCEWT_Msk;
 /* Enable CP10/CP11 Full Access */
  SCB->CPACR |= ((3U <VTOR =0x08000000;


 /*************************************** SCB register end ***************************************/
 
 /************************************** system clock start **************************************/
  RCC->UNLOCK.WORDVAL =0x55AA6699;
 /* Enable MIRC2 & Check MIRC2 is ready */
  RCC->CR.BIT.MIRC2EN =1;
 while(!RCC->CR.BIT.MIRC2RDY) {;}
 /* Set MIRC2 as system clock */
  RCC->CFGR.BIT.SWSEL =0;
 /* Lock rcc register */
  RCC->UNLOCK.WORDVAL =0x55AA6698;
 /*************************************** system clock end ***************************************/
}

App 的 SystemInit 函數

App 固件的起始地址不是 MCU 默認啟動地址，需要修改向量表重定向的地址，如下方 line 9處：

程序清單6 App 的 SystemInit 配置

voidSystemInit (void){
 /************************************** SCB register start **************************************/
  SCB_EnableICache();
  SCB_EnableDCache();
  SCB->CACR|= SCB_CACR_FORCEWT_Msk;
 /* Enable CP10/CP11 Full Access */
  SCB->CPACR |= ((3U <VTOR =0x08004000;


 /*************************************** SCB register end ***************************************/


 /************************************** system clock start **************************************/
  RCC->UNLOCK.WORDVAL =0x55AA6699;
 /* Enable MIRC2 & Check MIRC2 is ready */
  RCC->CR.BIT.MIRC2EN =1;
 while(!RCC->CR.BIT.MIRC2RDY) {;}
 /* Set MIRC2 as system clock */
  RCC->CFGR.BIT.SWSEL =0;
 /* Lock rcc register */
  RCC->UNLOCK.WORDVAL =0x55AA6698;
 /*************************************** system clock end ***************************************/
}

從 Bootloader 跳轉至 App

跳轉是 IAP 技術的關鍵步驟，需要依據啟動標準流程進行操作，下方給出通過C語言實現的跳轉方法：

設置棧頂指針

設置主棧操作使用 cmsis_armclang_m.h 的函數，如程序清單6所示。

程序清單7 __set_MSP() 函數

__STATIC_FORCEINLINEvoid__set_MSP(uint32_t topOfMainStack)
{
 __ASMvolatile("MSR msp, %0": :"r"(topOfMainStack) : );
}

傳入的 topOfMainStack 參數為 App 區的中斷向量表的第一個元素的值，即主棧的指針值。

基于 __set_MSP() 封裝的通用跳轉函數

程序清單8 使用向量表地址進行跳轉

staticvoidjump_to(uint32_tVectorTableAddress)
{
 /* 關閉全局中斷 */
 Interrupt_disableGlobal();


 /* 使用靜態變量保存函數指針 */
 typedefvoid(* __IO jump_ft)(void);
 staticjump_ft jump;
  jump = (jump_ft)(*(uint32_t*)(VectorTableAddress +4));


 /* 數據同步屏障 */
  __DSB();


 /* 手動加載棧頂地址 */
  __set_MSP(*(__Iuint32_t*)VectorTableAddress);


 /* 數據同步屏障 */
  __DSB();


 /* 跳轉 VectorTable->Reset_Handle */
 jump();
}

封裝 IAP 層的跳轉函數

程序清單9 跳轉到 App

staticvoidIAP_jumpApp(void)
{
 printf("Jump to App.
");
 /* 反初始化 */
 IAP_deinit();


 /* 跳轉 */
 jump_to(IAP_APP_ADDR);
}

Flash 的擦除與寫入

升級過程中需將接收到的 APP 固件寫入 EFlash，需實現擦除、寫入兩個核心接口：

Flash 的擦除

擦除操作代碼如程序清單10所示，該函數通過調用 SDK API 擦除Flash，從 App 起始地址開始頁擦，連續擦除指定數量的頁面。

程序清單10 Flash 擦除操作

staticintIAP_eraseFlash_AppRegion(void)
{
 uint8_tret;


 SCB_DisableDCache();
 SCB_DisableICache();


 for(inti =0; i < IAP_APP_PAGENUMS; i++)
? ? {
? ? ? ? ret =?FLASH_erasePage(IAP_APP_ADDR + FLASH_PAGESIZE * i);
? ? ? ??if?(ret ==?0)
? ? ? ? ? ??break;
? ? }


? ??SCB_EnableDCache();
? ??SCB_EnableICache();
? ??return?ret -?1;
}

Flash 的寫入

對 NS800RT5039 的 Flash 執行寫入操作時，其地址需要滿足以 8 bytes 邊界對齊，并且寫入數量需要滿足 8 的倍數，SDK 僅提供基礎接口，寫入地址和寫入數量需要滿足上述要求，為了方便 IAP 層操作 Flash 需要封裝拓展功能，使其能夠支持寫入任意長度的數據。

程序清單11 Flash 寫入操作

staticintIAP_writeFlash(uint32_taddr,constuint8_t*pBuf,uint32_tcnt)
{
 SCB_DisableDCache();
 SCB_DisableICache();


  __IOuint8_tflashBuf[8];
 uint8_t*pBufTmp = (uint8_t*)pBuf;
 uint32_twrite_len = cnt & ~(0x7U);
 intret =0;
 if(write_len >0)
  {
   if(1==FLASH_writeBytes(addr, pBufTmp, write_len))
    {
      pBufTmp += write_len;
      addr += write_len;
    }
   else
      ret =-3;
  }


 if(ret ==0)
  {
   uint32_talign = cnt &0x7U;
   if(align >0)
    {
     for(uint32_ti =0; i < align; i++)
? ? ? ? ? ? ? ? flashBuf[i] = pBufTmp[i];


? ? ? ? ? ??for?(uint32_t?i = align; i 

	

	App 程序中的中斷向量初始化

	在 App 工程中，我們通過 STIM1 的中斷觸發翻轉 LED1 和 LED2，以此來演示 App 的程序和中斷的正常運行。

	下面是通過調用 SDK API 初始化中斷服務的代碼：

	程序清單12 App 中斷初始化

	
intmain(void)
{
 /*  ...  */
 Interrupt_initModule();
 Interrupt_initVectorTable();
 Interrupt_register(STIM1_IRQn,STIM1_IRQHandler);
 Interrupt_enable(STIM1_IRQn);
 /*  ...  */
}



	

	如上圖所示，在當前版本的 SDK 的 Interrupt_initVectorTable 函數中，該函數將向量表復制到 DTCM 區域，并重定向，以此來提高中斷響應速度：

	程序清單13 SDK API 中斷向量表初始化

	
voidInterrupt_initVectorTable(void)
{
 uint32_tn;
 uint32_t*vector_table_flash = (uint32_t*)VECTOR_TABLE_FLASH_ADDRESS;


 for(n =0; n < NVIC_USER_IRQ_OFFSET; n++) {
? ? ? ? vectorTableDTCM[n] = vector_table_flash[n];
? ? }


? ? SCB->VTOR = (uint32_t)vectorTableDTCM;
  __ISB();


 for(n = NVIC_USER_IRQ_OFFSET; n < VECTOR_SIZE; n++)
? ? {
? ? ? ? vectorTableDTCM[n] = (uint32_t)&Interrupt_defaultHandler;
? ? }
}

	

	VECTOR_TABLE_FLASH_ADDRESS 是定義在 interrupt.h 的常量宏：

	需要將 interrupt.c 和 interrupt.h 創建副本并將下方宏改為 App 向量表地址 0x08004000，在工程中使用副本的 interrupt.c 和 interrupt.h 替代驅動庫（不建議直接改驅動庫）。

	
#define VECTOR_TABLE_FLASH_ADDRESS  0x08004000UL  // Starting address of the interrupt vector table in FLASH

	

	配置 MDK 輸出 bin 文件

	按下圖操作，配置 MDK，輸入指令 "fromelf --bin --output=$L@L.bin !L" ：

	

	圖8 MDK 配置生成 bin 文件

	編譯后自動輸出 bin 文件到 output 文件夾。

	IAP 升級完整流程

	編譯好 Bootloader 工程和 App 工程

	點擊 MDK 上方選項卡 Flash -> Erase，擦除全部 Flash，確保 Flash 無數據

	下載 Bootloader 固件

	連接 PC 與板載串口，打開串口調試助手，并選擇文件傳輸模式，瀏覽 App.bin 文件準備傳輸

	

	圖9 串口調試助手使用方法

	復位開發板，MCU 發出串口信息，看到升級程序處于準備狀態

	

	圖10 MCU 串口打印“準備中”

	按下發送按鈕，串口助手開始傳輸

	

	圖11串口調試助手發送固件

	傳輸結束，自動跳轉至 App 中，可以看到中斷翻轉LED正常，串口打印信息

	

	圖12MCU 串口打印“運行App”

	

	圖13 App 運行效果

	結論與建議

	本文基于 NS800RT5039 的 IAP 方案，通過 “分區 + 通信 + 跳轉 + 存儲” 四大模塊，實現了設備現場固件升級，無需返廠依賴燒錄工具。方案代碼可直接復用，避坑要點覆蓋多數實戰問題，適用于工業控制、消費電子等場景，能大幅降低升級成本、提升設備維護效率。

	如需獲取《NS800RT系列IAP實現原理及參考樣例》應用筆記，請聯系sales@novosns.com。更多產品信息、技術資料敬請訪問www.novosns.com。

	納芯微電子（簡稱納芯微，科創板股票代碼：688052；香港聯交所股票代碼：02676.HK）是高性能高可靠性模擬及混合信號芯片公司。自2013年成立以來，公司聚焦傳感器、信號鏈、電源管理三大方向，為汽車、工業、信息通訊及消費電子等領域提供豐富的半導體產品及解決方案。

	納芯微以『“感知”“驅動”未來，共建綠色、智能、互聯互通的“芯”世界』為使命，致力于為數字世界和現實世界的連接提供芯片級解決方案。