RT-Thread Bootloader on Tencent EVB MX+
RT-Thread Bootloader on Tencent EVB MX+0. 写在前面的话
这篇文章写着玩，主要是图一乐。纪念一下最开始使用RTT到处查找资料的过程。本文内容比较简单，若是有朋友才开始用RTT，希望会有一些帮助吧。国产优秀嵌入式操作系统RT-Thread，赞！本文看着复杂，但是实际操作简单。实验过程约15~30分钟。有几张图死活传不上来，似乎也不支持个人gitee的图床，算了，影响不大。硬件资源：Tencent EVB MX+CPU：STM32L431RCT6将要掌握的内容：RT-Thread在STM32系列的移植RT-Studio基本操作方法FAL（Flash Abstract Layer）+W25Q64的QSPI移植Qboot的移植与基础个性化（最基础的个性化）修改1. RT-Thread OS基本移植Tencent EVB MX+是腾讯Tencent OS Tiny官方开发板，微控制器采用STM32L431RCT6, 通过QSPI接口连接WinBond W25Q64JV 64Mb (8MB)片外Flash。1.1 新建RT-Thread工程，修改drc_clk.c1.新建RT-Thread工程，并且指定合理的文件保存路径、选择芯片、RT-Thread版本号。注：RT-Thread 4.0.3版本的AT device软件包与UART RX DMA 方式配合不好。所以，我们选择RT-Thread 4.0.2版本。参考来源：RT-Thread-at_client_getchar函数，打开DMA数据会丢失(bug反馈)RT-Thread问答社区 - RT-Thread2.在新建项目的图中，我们发现如下语句：工程使用的是芯片内部HSI时钟，如需修改，请完善drv_clk.c。目前最新RT-Thread Studio 2.1.1版本虽然支持与ST CubeMX的联动，但是，使用CubeMX生成工程后，会出现函数重复定义、头文件不匹配等一系列问题。这些问题虽然可以通过设置RT-Thread项目的头文件目录、添加编译Exclude路径进行解决，但是使用门槛相对较高。为了保证移植的准确性，降低使用门槛，我们不使用联动。一种可行方案为：在其他目录使用CubeMX新建与当前芯片相同的ioc工程，然后从CubeMX生成的工程中复制对应的代码即可。后续随着RT Studio的更新，这个问题我想会逐步改善的。3.创建Cube MX工程，配置时钟树，生成工程。在本示例中，CubeMX工程存储在D:\RT-Thread\CubeMX\lc.ioc中。在CubeMX中将时钟设置为HSE，且使得HCLK为80MHz。4.根据CubeMX代码，修改drv_clk.c文件将CubeMX生成的工程中void SystemClock_Config(void)函数的部分内容，复制至drv_clk.c文件的void system_clock_config(int target_freq_mhz)处。下方代码块中被屏蔽的部分，是RT-Thread Studio生成的原始代码，37~49行的代码是从CubeMX工程中粘贴而来。 1void system_clock_config(int target_freq_mhz)
2{
3 RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = { 0 };
4 RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct = { 0 };
5 /** Initializes the CPU, AHB and APB busses clocks
6 */
7// RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSI;
8// RCC_OscInitStruct.HSIState = RCC_HSI_ON;
9// RCC_OscInitStruct.HSICalibrationValue = RCC_HSICALIBRATION_DEFAULT;
10// RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON;
11// RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_HSI;
12// RCC_OscInitStruct.PLL.PLLM = 8;
13// RCC_OscInitStruct.PLL.PLLN = target_freq_mhz;
14//#if defined(RCC_PLLP_SUPPORT)
15// RCC_OscInitStruct.PLL.PLLP = RCC_PLLP_DIV7;
16//#endif
17// RCC_OscInitStruct.PLL.PLLQ = RCC_PLLQ_DIV2;
18// RCC_OscInitStruct.PLL.PLLR = RCC_PLLR_DIV2;
19// if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct) != HAL_OK)
20// {
21// Error_Handler();
22// }
23// RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSE;
24// RCC_OscInitStruct.HSEState = RCC_HSE_ON;
25// RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON;
26// RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_HSE;
27// RCC_OscInitStruct.PLL.PLLM = 1;
28// RCC_OscInitStruct.PLL.PLLN = 20;
29// RCC_OscInitStruct.PLL.PLLP = RCC_PLLP_DIV7;
30// RCC_OscInitStruct.PLL.PLLQ = RCC_PLLQ_DIV2;
31// RCC_OscInitStruct.PLL.PLLR = RCC_PLLR_DIV2;
32// if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct) != HAL_OK)
33// {
34// Error_Handler();
35// }
36 RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSE;
37 RCC_OscInitStruct.HSEState = RCC_HSE_ON;
38 RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON;
39 RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_HSE;
40 RCC_OscInitStruct.PLL.PLLM = 1;
41 RCC_OscInitStruct.PLL.PLLN = 20;
42 RCC_OscInitStruct.PLL.PLLP = RCC_PLLP_DIV7;
43 RCC_OscInitStruct.PLL.PLLQ = RCC_PLLQ_DIV2;
44 RCC_OscInitStruct.PLL.PLLR = RCC_PLLR_DIV2;
45 if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct) != HAL_OK)
46 {
47 Error_Handler();
48 }
1.2 配置RT-Thread工程串口，使能RX DMA
在board.h中，将UART2部分修改成如下形式：1#define BSP_USING_UART2
2#define BSP_UART2_RX_USING_DMA /**< 添加 UART2 DMA RX*/
3#define BSP_UART2_TX_PIN "PA2"
4#define BSP_UART2_RX_PIN "PA3"
2. QSPI+W25Q64的FAL移植
2.1 EVB MX+硬件信息说明
在Tencent EVB MX+开发板上，W25Q64JV通过QSPI接口与STM32L4进行连接。所以，我们也需要在CubeMX配置QSPI。配置完毕后再次使用CubeMX生成工程。
注意，我们仅仅需要外设的初始化部分。即HAL_QSPI_MspInit函数， 用于引脚配置，相关时钟使能, 初始化等操作。
2.2 配置RT-Thread软件包FAL参数
1.使能SPI总线，使能SFUD，在SFUD中使用QSPI模式。
2.在board.h中开启QSPI和On Chip Flash。
在board.h中查找下述语句，并取消屏蔽即可。
1#define BSP_USING_QSPI
2#define BSP_USING_ON_CHIP_FLASH
3.添加FAL软件包，修改FAL设备名称。
2.3 修改FAL分区表
1.编译工程，会产生11个Errors。提示fal_cfg.h头文件没有被包含进工程目录中。
2.按照下图，添加Includes的Path。
此步骤也可以进行文件剪切处理：将fal_cfh.h文件从fal-v0.5.0/sample/portin路径中剪切至fal-v0.5.0/inc路径中。
3.再次编译，现在只剩下1个Error。提示stm32f2_onchip_flash没有定义.
4.改正stm32f2_onchip_flash未定义的错误，并自定义分区表。
打开packages->fal-v0.5.0->samples->porting路径下的fal_cfg.h，进行修改。
本修改的目的是将drv_flash_l4.c中声明的内部FLASH块stm32_onchip_flash放入到分区表中，替代FAL例程中不存在的stm32f2_onchip_flash。
注：将fal_cfg.h中的stm32_onchip_flash修改为stm32_onchip_flash。（说明：stm32_onchip_flash在drv_flash_l4.c文件中定义）
将fal_cfg.h的FAL_PART_TABLE中的字符串stm32_onchip修改为onchip_flash。（说明：onchip_flash是片内FLASH的名称，也在drv_flash_l4.c文件中被使用）。将fal_cfg.h的FAL_PART_TABLE中的字符串NOR_FLASH_DEV_NAME修改为FAL_USING_NOR_FLASH_DEV_NAME。（说明：FAL_USING_NOR_FLASH_DEV_NAME是片外FLASH的名称，在rtconfig.h文件中）。
修改完成后的分区表如下所示。
当然，在实际项目中，具体的偏移量和位置要根据实际情况进行分析和修改。本文后续的Demo演示中，就只用了bl、application、download、factory分区。
5.在board.c的函数RT_WEAK void rt_hw_board_init()下方添加HAL_QSPI_MspInit代码。该代码由CubeMX自动生成。
1void HAL_QSPI_MspInit(QSPI_HandleTypeDef* qspiHandle)
2{
3GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
4if(qspiHandle->Instance==QUADSPI)
5{
6/* USER CODE BEGIN QUADSPI_MspInit 0 */
7/* USER CODE END QUADSPI_MspInit 0 */
8 /* QUADSPI clock enable */
9 __HAL_RCC_QSPI_CLK_ENABLE();
10 __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();
11 /**QUADSPI GPIO Configuration
12 PB0 ------> QUADSPI_BK1_IO1
13 PB1 ------> QUADSPI_BK1_IO0
14 PB10 ------> QUADSPI_CLK
15 PB11 ------> QUADSPI_BK1_NCS
16 */
17 GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_0|GPIO_PIN_1|GPIO_PIN_10|GPIO_PIN_11;
18 GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
19 GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
20 GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH;
21 GPIO_InitStruct.Alternate = GPIO_AF10_QUADSPI;
22 HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);
23/* USER CODE BEGIN QUADSPI_MspInit 1 */
24/* USER CODE END QUADSPI_MspInit 1 */
25}
26}
6.在终端窗口，输入list_device，可以发现，类型为SPI BUS的qspi1已经挂载进设备清单。
此处要特别注意qspi1. 在drv_qspi.c文件中，rt_hw_qspi_bus_init内部使用的总线名称就是qspi1, 官方的qspi驱动程序代码如下所示。
1static int rt_hw_qspi_bus_init(void)
2{
3 return stm32_qspi_register_bus(&_stm32_qspi_bus, "qspi1");
4}
5INIT_BOARD_EXPORT(rt_hw_qspi_bus_init);
2.5 测试FAL
1.下载程序，得到下图结果。
2.使用list_device命令，得到下图结果。
3.使用fal系列命令：fal probe 。
显然，easyflash和W25Q64JV分别是分区名称和Flash Device名称，所以可以正常Probe。而qspi1_0是QSPI设备名称，不能使用FAL Probe命令。请务必了解它们之间的区别。
4.使用fal erase, write, read等命令
[*]执行了1次读操作，从0x00地址开始读出128字节
[*]执行了1次写操作，写入5个数据到0x00地址
[*]执行了1次读操作，从0x00地址开始读出32字节
[*]执行了1次写操作，写入5个数据到0x10地址
[*]执行了1次读操作，从0x00地址开始读出32字节
显然，如果再次写入5个数据到0x00地址后，读取出来的数据会有误，写入和读取不相同。这是由Flash的特性决定的。如果需要更新0x00地址开始的5个数据，则必须需要擦除地址0x00开始的扇区(最小擦除单位)。该操作将删除4096个字节。
Flash的特性：数据存储的每个位，在更新存储数据时，能把1改成0，而0却不能改为1。所以要求在写入数据前，必须对目标区域进行擦除操作，即把目标区域中的数据位擦除为1。
W25Q64支持扇区擦除、块擦除及整片擦除，最小的擦除单位是扇区，一个块包含16个扇区，有128个块。
以扇区擦除为例，擦除大小为4KB，即4096字节的数据。擦除实际上是往扇区写入数据，把数据位都写为1。
3. Bootloader制作
3.1 添加Qboot包支持
按照下图配置qboot软件包
3.2 Qboot包中配置出厂按钮和LED指示灯
在Tencent EVB MX+电路板上，LED1被配置在PC13，KEY1被配置在PB12，如下图所示
在drv_gpio.c中的static const struct pin_index pins[]数组中，可以找到LED1和KEY1引脚分别对应45和28。
3.3 修改main.c和其他个性化处理
简单修改main.c文件1int main(void)
2{
3 return RT_EOK;
4}
在程序修改过程中，我将qboot.c中的所有“Qboot 字符串替换成了"Bootloader，然后修改了Finsh命令：1/**<原始*/
2//MSH_CMD_EXPORT_ALIAS(qbt_shell_cmd, qboot, Quick bootloader test commands);
3/**<修改*/
4MSH_CMD_EXPORT_ALIAS(qbt_shell_cmd, bl, Quick bootloader test commands);
一切无误后，编译工程，成功得到基于Qboot、FAL的Bootloader程序，占用ROM 114.46KB。如果取消掉Finsh组件，则Bootloader大小会在84KB左右。
3.4 测试
为了确保后续操作无误，使用ST CubeMX Programer将STM32L431的片内Flash进行擦除。擦除后再断开ST Link。
4. Application制作与OTA测试
有了上述基础，按照如下步骤制作Application：1.按照第1节”基本移植RT-Thread”进行操作2.按照第2节”基于QSPI+W25Q64JV进行FAL移植”进行操作3.添加ota_downloader软件包。由于STM32L431 Flash的限制，我们仅仅测试Ymodem OTA方式。
4.修改main.c文件
顺手写了个1.07版本。后面的图已经截好，所以就不改成1.00版本了。
1#include <rtthread.h>
2#define DBG_TAG "main"
3#define DBG_LVL DBG_LOG
4#include <rtdbg.h>
5#include "board.h"
6#include "fal.h"
7#define APP_VERSION 1L /**< major version number */
8#define APP_SUBVERSION 0L /**< minor version number */
9#define APP_REVISION 7L /**< revise version number */
10int main(void)
11{
12 fal_init( ); /*Tang Huimin add commentsfor tesing pull request*/
13 LOG_I(" Application Software %d.%d.%d build %s\n",
14 APP_VERSION, APP_SUBVERSION, APP_REVISION, __DATE__);
15 return RT_EOK;
16}
17/* 将中断向量表起始地址重新设置为 application 分区的起始地址 */
18static int rt_hw_app_vector_reconfig(void)
19{
20 #define NVIC_VECTOR_MASK 0xFFFFFF80
21 #define RT_APP_PART_ADDR 0x08020000
22 /* 重新设置中断向量表 */
23 SCB->VTOR = RT_APP_PART_ADDR & NVIC_VECTOR_MASK;
24 return 0;
25}
26INIT_BOARD_EXPORT(rt_hw_app_vector_reconfig);
5.修改linkscripts
linkscripts图中的ROM Size为256KB。当然，我们可以将其限制为128KB，因为Bootloader已经占用了128KB。
6.编译并下载生成的bin文件，测试程序跳转
将APP下载到Application分区，则Bootloader启动后，判断应用程序存在，会自动跳转至Application。
7.再次修改main.c，编译，请不要直接下载，我们会使用Ymodem_OTA方式下载
1#define APP_VERSION 1L /**< major version number */
2#define APP_SUBVERSION 0L /**< minor version number */
3#define APP_REVISION 8L /**< revise version number */
8.制作OTA包。工具位于Bootloader工程的packages\qboot-v1.05\tools路径下。
9.测试Ymodem_ota
建议使用XShell工具，连接串口。在命令行输入ymodem_ota，然后右键选择使用Ymodem方式发送，发送上一步生成的OTA rbl文件，即升级包。
下载完成后，软件重启，首先进入到Bootloader，从download分区搬运代码到application分区（注意：此处不是简单搬运，而是由qboot代码进行了解压缩后再进行搬运，过程较为复杂。若感兴趣，可进一步深挖quicklz等解压缩软件包。）
程序升级结果如下，自动从1.07版本升级到1.08版本。
5. 填坑
1.RT_APP_PART_ADDR
在qboot.h中有如下一段代码：1#ifdefRT_APP_PART_ADDR
2#define QBOOT_APP_ADDR RT_APP_PART_ADDR
3#else
4#define QBOOT_APP_ADDR 0x08020000
5#endif
由于在qboot软件包中，并没有配置RT_APP_PART_ADDR项。qboot默认APP从内部Flash 128KB处开始。此处不注意的话，会导致修改内部Flash分区表后，APP无法有效跳转。
如果，我们划分90KB给bootloader，166KB给application，则需要在fal_cfg.h文件中修改bootloader、application分区的offset和len。此时，application的中断向量表将会放置在0x08016800地址。为了保证bootloader工作正常，我们需要在bootloader工程的rtconfig.h中添加如下代码，否则，bootloader会自动跳转至无效的QBOOT_APP_ADDR地址。
1#define RT_APP_PART_ADDR 0x08016800 /**<按需要修改成你的application分区偏移*/
2.不要打开不必要的中断，在Application中再初始化相应外设。Bootloader关注自己应作的工作就好。
祝大家使用RTT快乐！
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