STM32單片機Bootloader的實現

之前一篇的文章中，主要介紹了STM32的啟動流程和內存主要空間的分配，這篇文章將在上一篇文章的基礎上，來闡述一下STM32 Bootloader的實現。

STM32的內存劃分

前面文章我們說了，STM32上電后會從0x08000000地址處開始運行，因此，如果我們想要使得STM32在上電之處直接進入進Bootloader，那么其內存的起始地址必須要從0x08000000處開始。這一步是由單片機的硬件所決定的，無法通過軟件干預。

因此，在我們使用Keil軟件設計STM32 Bootloader的時候，一定要在Keil的工程中設置這個地址，當然，如果你不設置也沒關系，因為Keil默認就是將單片機的軟件編譯到此地址的。如圖1所示。

圖1 Keil上電起始地址的設置

另外在說一點，起始地址右邊的Size我們也需要關注下，因為這個參數會影響到后續的內存空間分配。

好了，接下來假設我們有一塊Flash容量為64KB的芯片，我們來為其劃分一下內存空間。我們來計算下它的地址范圍為多少。

起始地址不需要多說，就是0x08000000。

64K的地址空間該怎么算呢？這個其實是一個進制轉換的問題，我們知道，在十進制中，1KB=1024個字節，而我們計算機中的一個字節就是一個地址單元，因此只要要使用64KB*1024就可以得出有多少個（十進制）地址單元了。又由于計算機中的地址都是按照十六進制編碼來排列的，所以還需要將這個十位數的地址空間轉換成十六進制，這個地址空間就是0x10000。注意，以上這個0x10000指的是地址空間，指明64K Flash中有0x10000個字節的存儲單元，而我們的內存地址又是從0開始計算的，因此最終的地址范圍就是0x08000000~0x08010000。

計算出以上的地址范圍之后，我們就需要對其來劃分功能區了，首先假設我們的Bootloader不帶OTA（On The Air）升級功能，因此整個內存空間至少要劃分成兩個部分，第一個部分是從0x08000000起始的Bootloader區域，假設長度為X，第二個部分是緊接著（當然也可以不僅接著）Bootloader區域的應用區域，其地址范圍為0x08000000 + X，其長度為Y。

這個地址的劃分可以現根據Bootloader最終編譯的大小進行動態改變，不過需要注意的是，STM32內存劃分要以半頁為最小單位，因為在對Flash編程時，都是按照半頁來擦除的，所以如果你的程序不按照半頁來對齊，那么擦出的時候就會很尷尬，半頁=32個字=128個字節。

基于上述原因，我們暫定STM32中，前10K地址存放Bootloader程序，后面的地址，存放應用，如圖2所示。

圖2 STM32內存劃分

Bootloader代碼設計

Bootloader這個東西，對于我們來說是一個特殊的程序，但是對于計算機來說，它和千千萬萬的普通程序沒有任何差別，因此我們也需要對這個程序進行初始化，你可以設置時鐘，設置串口或者CAN總線資源等。這些都是必須要進行的，我們文中就不討論。

比較重要的需要討論的一點是跳轉程序，因為Bootloader除了完成一些額外的不適宜在應用中完成的工作之外，最重要的一點就是程序跳轉，即“JampToApp()”。所謂的程序跳轉，那么程序跳轉該怎么實現呢？

思考下，跳轉最終就是通過Bootloader跳轉到APP的地址處，在C語言中和跳轉直接相關的便是指針了，因此既能保證跳轉到某個地址，又能保證是類似于函數能被運行的，就只有“指向函數的指針“這一項了。沒錯，Bootloader的“JampToApp()”操作就是一個函數指針，只需要獲知APP區的地址，就可以進行跳轉了。

我們在上一節中以及指定了APP的地址就是0x08002800，那么是否只要跳轉到這個地址就可以了呢？答案當然是否定的，因為我們之前說過，STM32內存空間最起始的4個字節地址，存放的是棧頂指針，因此我們需要跳轉到0x08002800+4的地址處。

在跳轉的過程中，關閉中斷等工作也是必須的，具體代碼如圖3所示。

圖3 Bootloader中的跳轉程序

上面代碼中，有一個自定義的“TYP_drcPtr”類型，它起始只是一個void類型。

typedef?void?(*TYP_drcPtr)(void);?//Define?the?jump?pointer

跳轉問題解決了，接下來的問題就是何時跳轉？

這個何時跳轉很重要，我建議在程序的一開始，初始化Systemclock之前就去判斷和跳轉，因為STM32如果你在Bootloader中初始化了Systemclock之后，再去APP區初始化，會造成硬件錯誤，因此我建議大家在設計Bootloader的時候，程序一開始就是去檢測能否滿足跳轉條件，滿足了立馬跳，不滿足再去執行硬件的初始化程序。如圖4所示。