如何使用AT32F437以太網(wǎng)通信接口實現(xiàn)在應(yīng)用中編程(IAP)

IAP概述

工作原理

在應(yīng)用中編程(IAP)是一種在現(xiàn)場通過MCU 通信接口(例如USART、USB、CAN和以太網(wǎng))進行固件升級的方式。

啟動微控制器時，可以選擇讓其在以下任一模式運行：

IAP模式，用于執(zhí)行IAP代碼

正常模式，用于執(zhí)行應(yīng)用程序代碼

無論是IAP代碼還是應(yīng)用程序代碼都位于微控制器的內(nèi)置FLASH中，IAP代碼通常存儲在MCU FLASH的第一頁，而用戶應(yīng)用程序代碼則占據(jù)剩余的FLASH區(qū)域。

圖1介紹了IAP操作流程

圖1 IAP操作流程

使用MCU以太網(wǎng)接口實現(xiàn)IAP

如果有以太網(wǎng)可用，則它通常是嵌入式系統(tǒng)中實現(xiàn)IAP功能的首選接口，其優(yōu)勢包含：

高速通信接口(10/100 Mbps)

通過網(wǎng)絡(luò)(LAN或WAN)進行遠程編程

可以使用FTP、TFTP、HTTP等基于TCP/IP棧的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用協(xié)議實現(xiàn)IAP

通過以太網(wǎng)在AT32F437上實現(xiàn)IAP

本應(yīng)用筆記將介紹兩種使用以太網(wǎng)通信外設(shè)在AT32F437上實現(xiàn)IAP的解決方案：

使用TFTP(簡單文件傳輸協(xié)議)的IAP

使用HTTP(超文本傳輸協(xié)議)的IAP

這兩種解決方案均基于LwIP棧(2.1.2)，它是輕量級的TCP/IP協(xié)議棧

使用TFTP實現(xiàn)IAP方法

使用TFTP實現(xiàn)IAP的方法廣泛應(yīng)用于需要具有固件升級功能的嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用中(例如，嵌入式 Linux bootloader中)。

TFTP是一種在UDP傳輸層上執(zhí)行的簡單文件傳輸協(xié)議。此協(xié)議非常適合在局域網(wǎng)環(huán)境中使用。它基于客戶端/服務(wù)器架構(gòu)，在這種架構(gòu)中，客戶端會向服務(wù)器發(fā)出文件傳輸請求(讀取或?qū)懭氩僮?。

為實現(xiàn)IAP，需要在LwIP協(xié)議棧上實現(xiàn)一個簡單的TFTP服務(wù)器，服務(wù)器只須處理來自PC的TFTP客戶端的寫入請求即可。

使用HTTP實現(xiàn)IAP方法

使用HTTP協(xié)議進行固件升級沒有使用TFTP常見，但是在需要通過Internet進行遠程編程時，這種解決方案就顯得極為有用。這時，需要使用TCP傳輸協(xié)議來實現(xiàn)HTTP服務(wù)。

HTTP基于TCP協(xié)議運行，它提供了一個一種以HTML表單形式從Web客戶端(Mozilla Firefox或Microsoft Internet Explorer)發(fā)送一個二進制文件的方式。這稱為HTTP文件上傳(RFC1867)。

本文檔中的后續(xù)章節(jié)將詳細介紹這兩種IAP方法的實現(xiàn)，并會對如何使用軟件進行說明。

使用TFTP實現(xiàn)IAP

TFTP概述

TFTP是一種基于UDP的簡單文件傳輸協(xié)議。文件傳輸由TFTP客戶端發(fā)起，會向TFTP服務(wù)器發(fā)送讀取或?qū)懭胝埱蟆７?wù)器確認請求后，即開始進行文件數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)將以固定大小的塊盡情發(fā)送(例如每塊含512個字節(jié))。

必須在每個發(fā)出的數(shù)據(jù)塊都得到接收方確認后，才可以發(fā)送下一個數(shù)據(jù)塊。這種確認機制通過隨各個數(shù)據(jù)塊一同發(fā)送的編塊號來實現(xiàn)。數(shù)據(jù)塊小于固定塊大小表示文件傳輸?shù)慕Y(jié)束。

圖2描述了各種TFTP數(shù)據(jù)包的格式：

圖2 TFTP數(shù)據(jù)包

表1列出了TFTP操作碼。表1 TFTP操作碼

使用TFTP為AT32F437實現(xiàn)IAP

此IAP實現(xiàn)由基于LwIP TCP/IP棧的TFTP服務(wù)器組成。

此服務(wù)器會對遠程TFTP客戶端(PC)發(fā)來的寫請求做出響應(yīng)。

TFTP讀請求會被忽略。

TFTP通常會將接收到的文件寫入到文件系統(tǒng)，但是該服務(wù)器卻并非如此，它會將接受到的數(shù)據(jù)塊寫入到MCU FLASH(用戶FLASH區(qū)域中)。

注：在這個實現(xiàn)過程中，數(shù)據(jù)塊大小固定為512個字節(jié)。

圖3 概述了使用TFTP實現(xiàn)IAP操作的過程。

圖3 使用TFTP實現(xiàn)IAP流程圖

使用軟件

要通過TFTP對IAP進行測試，需執(zhí)行以下步驟：

1. 在iap.h文件中，取消USE_IAP_TFTP選項的注釋。

2. 重新編譯軟件。使用生成的映射文件，確保IAP代碼區(qū)域之間沒有重疊(從地址0x0開始)，而且用戶FLASH區(qū)域從以下地址開始：APP_START_SECTOR_ADDR(在iap.h中定義)。

3. 在AT32 FLASH中編寫并運行軟件程序。

4. 要進入IAP模式，需要在按住開發(fā)版上的USER Key。

5. 分配完IP后(可以是靜態(tài)或動態(tài)地址)，用戶即可啟動IAP流程。

6. 在PC側(cè)，打開TFTP客戶端(例如Tftpd64)，然后配置TFTP服務(wù)器地址(Tftpd64中的主機地址)

7. 單擊Tftpd64實用程序中的Put(寫入)按鈕，啟動文件寫請求

8. 在IAP操作結(jié)束時，可以復(fù)位開發(fā)板并在AT32 FLASH中運行剛剛編寫的應(yīng)用程序

圖4 TFTP64對話框

使用HTTP實現(xiàn)IAP

HTTP文件上傳概述

RFC1867中定義了使用HTTP進行文件上傳。此文件上傳方法是基于HTTP表單。發(fā)送原始二進制數(shù)據(jù)時，要使用HTTP POST方法而不是GET方法。

以下是一個HTML代碼示例，用于實現(xiàn)基于表單的文件上傳：

圖5 文件上傳HTML表單的瀏覽器畫面

注：在發(fā)送文件數(shù)據(jù)前，Web客戶端會首先發(fā)送HTTP頭文件數(shù)據(jù)，其中包含諸如文件名稱和內(nèi)容長度等信息，Web服務(wù)器必須對其中的一些信息進行解析。

Web客戶端使用的HTTP頭文件格式并不總是相同。圖6顯示的是Internet Explorer在POST請求中的HTTP頭文件格式。圖7顯示的是Mozilla Firefox的HTTP頭文件格式。

HTTP Web服務(wù)器必須能夠處理這些不同的格式。

圖6 IE11 HTTP頭文件格式

圖7 Mozilla Firefox HTTP頭文件格式

使用HTTP在AT32F437上實現(xiàn)IAP

此IAP實現(xiàn)由基于LwIP棧的HTTP Web服務(wù)器組成。

在瀏覽器中輸入的AT32的IP地址后，將顯示登錄Web頁面(圖8)。此登錄Web頁面只有已獲授權(quán)的用戶才能使用IAP文件上傳功能。

圖8 登錄web頁面

注：1. 默認的User ID(用戶ID)為user, Password(密碼)為at32

2. 如果User ID(用戶ID)或Password(密碼)不正確，登錄Web頁面會重新加載。

登錄成功后，瀏覽并選擇要上傳到AT32 FLASH的二進制文件

注：確保二進制文件大小不超過AT32用戶FLASH區(qū)域的總?cè)萘俊?/p>

單擊Upload(上傳)按鈕后(參見圖x)，將向服務(wù)器發(fā)出POST請求。這時，服務(wù)器開始擦除用戶FLASH區(qū)域的全部內(nèi)容，等待接受二進制文件原始數(shù)據(jù)。然后將街收到的數(shù)據(jù)寫入用戶FLASH區(qū)域。

注意，要接收的數(shù)據(jù)總長度信息將從傳輸開始時發(fā)出的HTTP頭文件數(shù)據(jù)中提取。

在IAP操作結(jié)束后，Web頁面將只是IAP操作成功，同時顯示一個可用于復(fù)位MCU的按鈕。

圖9 文件上傳完成web頁面

圖10對使用HTTP實現(xiàn)IAP方法進行了總結(jié)

圖10 使用HTTP實現(xiàn)IAP的流程圖

使用軟件

要使用HTTP對IAP進行測試，需執(zhí)行以下步驟：

1. 在iap.h文件中，取消選項USE_IAP_HTTP的注釋。

2. 重新編譯軟件，使用生成的映射文件，確保IAP區(qū)域代碼之間沒有重疊(從地址0x0開始)，而且用戶FLASH區(qū)域從以下地址開始：APP_START_SECTOR_ADDR(在iap.h中定義)。

3. 在AT32 FLASH中編寫并運行軟件程序。

4. 要進入IAP模式，需要再按住開發(fā)板上的USER Key。

5. 分配完IP地址后(可以是靜態(tài)或動態(tài)地址)，用戶即可啟動IAP流程

6. 打開Web客戶端(Mozilla Firefox或Internet Explorer)，輸入AT32 IP地址

7. 會顯示登錄Web頁面。在User ID(用戶ID)字段中輸入”user”，在Password(密碼)字段中輸入”at32”，然后按下Login(登錄)按鈕。

8. IP操作結(jié)束后，將加載新的Web頁面，只是文件上傳操作已經(jīng)成功完成。

9. 可以按下Reset MCU(復(fù)位MCU)按鈕復(fù)位MCU，然后在AT32 FLASH中運行剛剛編寫的應(yīng)用程序。

注：使用以下Web客戶端對軟件進行測試：Microsoft Internet Explorer 11和Mozilla Firefox 80.0

已知限制

二進制文件中添加的額外字節(jié)

Internet瀏覽器(Microsoft Internet Explorere或Mozilla Firefox)會在上傳的二進制文件的末尾添加一個隨機邊界標(biāo)記(根據(jù)RFC1521規(guī)定，此標(biāo)記不得超過72個字節(jié))。在最新的IAP軟件版本中，并沒有刪除此邊界標(biāo)記，而是在空間足夠的情況下將其存儲在FLASH中。如果沒有足夠空間，則不會在FLASH中寫入額外字節(jié)，也不會返回錯誤。

環(huán)境

硬件配置

1. DM9162以太網(wǎng)模塊

2. AT-START-F407開發(fā)板

3. 以太網(wǎng)線

軟件源碼

utilitiesAT32F437_emac_iap_demosource_codeootloader, emac iap源程序，運行iap升級程序

MAC地址和IP地址設(shè)置

在netconf.h文件中對MAC地址進行了定義。

默認的MAC地址固定為：004456:01。

在netconf.h文件中對IP地址進行了定義。

IP地址可以設(shè)置為靜態(tài)地址，也可以設(shè)置為由DHCP服務(wù)器分配的動態(tài)地址。默認的靜態(tài)地址為：192.168.81.37。