单片机通过 UART 实现 OTA 升级的详细流程
单片机通过 UART 实现 OTA 升级的详细流程OTA升级已经不是什么新鲜事，现在大多数物联网终端设备，基本具备这个功能。之前分享过一篇 OTA 升级原理的文章：嵌入式设备实现OTA升级的原理。今天以 AT32 为例给大家分享一下 OTA 升级的详细流程。 .
概述空中下载技术 OTA（Over-the-Air Technology）是用户自己的程序在运行过程中对 User Flash 的部分区域进行烧写，目的是为了在产品发布后可以方便地通过预留的通信口，对产品中的固件程序进行更新升级。通常实现 OTA 功能时，即用户程序运行中作自身的更新操作，需要在设计固件程序时编写两个项目代码，第一个项目程序为 Bootloader 区域，第二个项目程序 App 代码为真正的功能代码，执行应用和升级。这两部分项目代码同时烧录在 User Flash 中。图1. OTA代码执行流程
在上图所示流程中，MCU复位后，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之后跳转到 Bootloader 的 main函数，如图标号①所示；在执行完 Bootloader 以后（App 代码为图中 FLASH 灰底部分 App 程序的复位中断向量起始地址为 0x08000004+N+M），跳转至 App 程序的复位向量表，取出 App 程序的复位中断向量的地址，并跳转执行 App 程序的复位中断服务程序，随后跳转至 App 程序的main函数，如图标号②和③所示，同样 main 函数为一个死循环，并且注意到此时 AT32 的 FLASH，在不同位置上，共有两个中断向量表。在 main 函数执行过程中，如果 CPU 得到一个中断请求，PC 指针仍强制跳转到地址0x08000004 中断向量表处，而不是 App 程序的中断向量表，如图标号④所示；程序再根据我们设置的中断向量表偏移量，跳转到对应中断源的中断服务程序中，如图标号⑤所示；在执行完中断服务程序后，程序返回 main 函数继续运行，如图标号⑥所示。通过以上两个过程的分析，我们知道OTA程序必须满足两个要求：1) App 程序必须在 Bootloader 程序之后的某个偏移量为 x 的地址开始。2) 必须将 App 程序的中断向量表进行相应的移动，移动的偏移量为 x。AT32 USART OTA 快速使用方法
硬件资源文档中是用 AT-START-AT32F403A 实验板的硬件条件为例，OTA demo 源代码还包括AT32 其他型号，用户只需编译对应型号工程烧录于 AT-START 实验板运行即可。
[*]指示灯 LED2/LED3/LED4
[*]USART1（PA9/PA10）
[*]AT-START 实验板
软件资源
1) tool_release
[*]IAP_Programmer.exe，PC 机 tool，用于演示 OTA 升级流程
2) source_code
[*]Bootloader，Bootloader 源程序，运行 LED2 闪烁
[*]App_led3_toggle，App1 源程序，运行 LED3 闪烁
[*]App_led4_toggle，App2 源程序，运行 LED4 闪烁
注：工程基于keil v5建立，若用户需要在其他编译环境上使用，请参考对应 BSP 目录AT32F403A_407_Firmware_Library_V2.x.x\project\at_start_f403a\templates中各种编译环境（例如IAR6/7/8,keil 4/5,eclipse_gcc）进行对应修改即可。 OTA Demo 使用
本文档描述了两种常用的 OTA 应用 demo，template app 和 dual app，后面章节会分别介绍。1) 打开 Bootloader 工程源程序，选择对应 MCU 型号的 target 编译后下载到实验板2) 打开 IAP_Programmer.exe3) 选择正确的串口、APP下载地址和 bin 文档，点击 Download 下载，如下图4) 观察 LED2/3/4 闪烁，LED2 闪烁-Bootloader 工作，LED3 闪烁-App1 工作，LED4 闪烁-App2 工作图2. IAP demo上位机
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Template app OTA 程序设置地址分布
图3. Flash地址分配注：Bootloader区域最后一个扇区，用于存放防止升级过程出错（掉电等异常情况）的flag，用户编译修改Bootloader时，要保证不覆盖flag的地址。
执行流程
OTA 分为 Bootloader、App 和 Template 三部分，应用在 App 中执行，Template 仅作为新 App 固件数据的临时存放空间。程序执行整体流程框图如下：图4. 程序执行流程
Bootloader project 设置
1）Keil 设置图5. Bootloader project中address 1在Keil设置2) Bootloader 源程序修改 ota.h 文件中
图6. Bootloader project中address 2在程序中设置
App project 设置
OTA demo 提供了 2 个 App 程序供测试用，皆以 address 2（0x800 4000）为起始地址。App1 LED3 闪烁，App2 LED4 闪烁。以 App1 为例，设计步骤如下：1) Keil工程设置图7. App project中address 2在Keil设置2) App1 源程序设置图8. App project向量表偏移在程序中设置3) 编译生成bin文件通过 User 选项卡，设置编译后调用 fromelf.exe，根据 .axf 文件生成 .bin 文件，用于 OTA 更新。通过以上3个步骤，我们就可以得到一个 .bin 的 APP 程序，通过 Bootloader 程序即可实现更新。4) 开启debug app code功能如果在设计 App code 过程中需要对 App project 进行单独调试，请按照以下操作。
[*]先下载 Bootloader 工程
[*]再调试 App 工程
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Dual app OTA 与程序设置地址分布
图9. Flash地址分配注：Bootloader 区域最后2个扇区，用于存放 App 是否正常的 flag，用户编译修改Bootloader 时，要保证不覆盖 flag 的地址。 执行流程
OTA 分为 Bootloader、App1 和 App2 三部分，应用在 App1 或 App2 中执行。程序执行整体流程框图如下：图10. 程序执行流程
Bootloader project 设置
1）Keil 设置图11. Bootloader project中address 1在Keil设置2）Bootloader 源程序修改 ota.h 文件中图12. Bootloader project中address 2在程序中设置
App project 设置
OTA demo 提供了 2 个 App 程序供测试用，app_led3_toggle 以 0x800 4000 为起始地址，app_led4_toggle 以 0x8080000 为起始地址。App1 LED3 闪烁，App2 LED4闪烁。以 App1 为例，设计步骤如下：1) Keil工程设置图13. App project中address 2在Keil设置2) App1源程序设置图14. App project向量表偏移在程序中设置3) 编译生成bin文件通过User选项卡，设置编译后调用fromelf.exe，根据.axf文件生成.bin文件，用于OTA更新。通过以上3个步骤，我们就可以得到一个.bin的APP程序，通过Bootloader程序即可实现更新。4) 开启debug App code功能如果在设计App code过程中需要对App project进行单独调试，请按照以下操作。
[*]先下载Bootloader工程
[*]再调试App工程
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Bootloader/App与上位机串口通信协议程序与上位机通信，接收固件升级数据，上位机端和嵌入式端通信协议如下：1) 上位机通信协议图15. 上位机通信协议2) 嵌入式端下位机通信协议图16. 下位机通信协议注：ACK：0xCCDDNACK：0xEEFFData：0x31+Addr+数据+chenksum（1byte）Addr：4bytes，高位在前2Kbytes，下载数据，不足2K内容填充0xFFChecksum：1byte，4bytes的Addr+2KBytes数据的校验和的低八位
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