STM32高级开发——使用DFU方案 USB接口进行IAP升级

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STM32高级开发——使用DFU方案 USB接口进行IAP升级

什么是 DFU

DFU全称为Device Firmware update，是ST官方推出的一个通过USB接口进行IAP升级的方案，同串口ISP一样，他们都集成在了芯片内部的Bootloader区段，可以通过配置boot引脚来启动。（具体可参照ST文档：AN2606）。不过内置DFU的芯片大部分型号都比较新，如果你用的型号没有内置DFU程序，没关系我们也可以通过CubeMX来快速生成和移植一个DFU功能程序到你的Flash中来使用。

DFU方案完整的组件包括单片机DFU Demo代码、PC端升级程序、PC端Demo代码以及相关资料手册等。通过使用DFU方案，我们可以快速的集成升级功能到开发的产品中，同时还能够快速的开发与之配套的升级程序。

使用CubeMX生成初始工程

由于官方提供的DFU例程并不多，我们很难找到现成的可已使用DFU程序，但是通过CubeMX我们可以很快速的配置和生成DFU的Bootloader，下面我们正式开始。

• 新建CubeMX工程
  首先选定好IC的型号，进入配置界面，由于只是Bootloader代码所以这里我们只需要配置USB功能和一个做Bootloader触发的引脚就可，其余的时钟等部分一切按照正常方式配置。
• 设置USB引脚功能
  设定USB模式为Device（HS还是FS并不影响DFU的功能，按照应用选择就可）。
  
• 开启DFU组件
  在MiddleWares中加入USB DFU组件
  
• 设置DFU参数
  开启DFU组件后，CubeMX的程序设置窗口的MiddleWares中就会出现DFU程序设置按钮。
  点开它将APP加载的地址改为0x0800_c000，这个加载地址根据你实际的应用设置，目前我们选择让flash的前三个sector为Bootloader的区域。
  第二个全是字段的参数是用来在DFU连接升级软件式传输给软件用来获取Flash结构字符串数据，很好理解这个小协议的内容，点击设置后，下方的CubeMX的参数说明也写的很清晰，这里就不多说了。当然这些参数也在工程生成后在 usbd_conf.h 和 usbd_dfu_if.c 文件中修改。
• 最后的设置
  最后我们添加一个外部的按键作为触发单片机启动时进入DFU的方式，按键按下后就启动DFU模式，否则直接加载后方APP程序，这里选用PA0引脚，给它设置个User Label 就叫 USER_BTN_GPIO_Port。
  
  

修改补全工程

• 实现 DFU 功能代码
  打开 src 目录下的 usbd_dfu_if.c 文件补全其中的功能代码
  Flash 解锁
  uint16_t MEM_If_Init_HS(void)
  {
      HAL_FLASH_Unlock();
      return (USBD_OK);
  }
  
  Flash 上锁
  uint16_t MEM_If_DeInit_HS(void)
  {
      HAL_FLASH_Lock();
      return (USBD_OK);
  }
  
  Flash 擦除
  static uint32_t GetSector(uint32_t Address)
  {
       uint32_t sector = 0;
  
       if ((Address < ADDR_FLASH_SECTOR_1) && (Address >= ADDR_FLASH_SECTOR_0))
       {
          sector = FLASH_SECTOR_0;
       }
  
       ......
  
        }
        else if ((Address < ADDR_FLASH_SECTOR_23) && (Address >= ADDR_FLASH_SECTOR_22))
        {
          sector = FLASH_SECTOR_22;
        }
        else
        {
          sector = FLASH_SECTOR_23;
        }
        return sector;
      }
  
      uint16_t MEM_If_Erase_HS(uint32_t Add)
      {
        uint32_t startsector = 0;
        uint32_t sectornb = 0;
        /* Variable contains Flash operation status */
        HAL_StatusTypeDef status;
        FLASH_EraseInitTypeDef eraseinitstruct;
  
        /* Get the number of sector */
        startsector = GetSector(Add);
  
        eraseinitstruct.TypeErase = FLASH_TYPEERASE_SECTORS;
        eraseinitstruct.VoltageRange = FLASH_VOLTAGE_RANGE_3;
        eraseinitstruct.Sector = startsector;
        eraseinitstruct.NbSectors = 1;
        status = HAL_FLASHEx_Erase(&eraseinitstruct, §ornb);
  
        if (status != HAL_OK)
        {
          return (USBD_FAIL);
        }
        return (USBD_OK);
  }
  
  Flash 写入
  uint16_t MEM_If_Write_HS(uint8_t *src, uint8_t *dest, uint32_t Len)
  {
      uint32_t i = 0;
  
      for (i = 0; i < Len; i += 4)
      {
          /* Device voltage range supposed to be [2.7V to 3.6V], the operation will
         be done by byte */
          if (HAL_FLASH_Program(FLASH_TYPEPROGRAM_WORD, (uint32_t)(dest + i), *(uint32_t *)(src + i)) == HAL_OK)
          {
            /* Check the written value */
            if (*(uint32_t *)(src + i) != *(uint32_t *)(dest + i))
            {
              /* Flash content doesn't match SRAM content */
              return (USBD_FAIL);
            }
          }
          else
          {
            /* Error occurred while writing data in Flash memory */
            return (USBD_FAIL);
          }
      }
      return (USBD_OK);
  }
  
  Flash 读取
  uint8_t *MEM_If_Read_HS(uint8_t *src, uint8_t *dest, uint32_t Len)
  {
        /* Return a valid address to avoid HardFault */
        uint32_t i = 0;
        uint8_t *psrc = src;
  
        for (i = 0; i < Len; i++)
        {
          dest = *psrc++;
        }
        /* Return a valid address to avoid HardFault */
        return (uint8_t *)(dest);
  }
  
  获取 Flash 擦写时间参数
  uint16_t MEM_If_GetStatus_HS(uint32_t Add, uint8_t Cmd, uint8_t *buffer)
  {
        /* USER CODE BEGIN 11 */
        uint16_t time;
  
        time = TimingTable[GetSector(Add)];
  
        switch (Cmd)
        {
        case DFU_MEDIA_PROGRAM:
          buffer[1] = (uint8_t)time;
          buffer[2] = (uint8_t)(time << 8);
          buffer[3] = 0;
          break;
  
            case DFU_MEDIA_ERASE:
            default:
          buffer[1] = (uint8_t)time;
          buffer[2] = (uint8_t)(time << 8);
          buffer[3] = 0;
          break;
        }
        return (USBD_OK);
        /* USER CODE END 11 */
  }
  
  usbd_dfu_if.h 文件添加的宏定义
  /* Define flash address */
  // BLANK 1
  
  #define ADDR_FLASH_SECTOR_0 0x08000000
  
  
  #define ADDR_FLASH_SECTOR_1 0x08004000
  
  
  #define ADDR_FLASH_SECTOR_2 0x08008000
  
  
  #define ADDR_FLASH_SECTOR_3 0x0800C000
  
  
  #define ADDR_FLASH_SECTOR_4 0x08010000
  
  
  #define ADDR_FLASH_SECTOR_5 0x08020000
  
  
  #define ADDR_FLASH_SECTOR_6 0x08040000
  
  
  #define ADDR_FLASH_SECTOR_7 0x08060000
  
  
  #define ADDR_FLASH_SECTOR_8 0x08080000
  
  
  #define ADDR_FLASH_SECTOR_9 0x080A0000
  
  
  #define ADDR_FLASH_SECTOR_10 0x080C0000
  
  
  #define ADDR_FLASH_SECTOR_11 0x080E0000
  
  // BLANK 2
  
  #define ADDR_FLASH_SECTOR_12 0x08100000
  
  
  #define ADDR_FLASH_SECTOR_13 0x08104000
  
  
  #define ADDR_FLASH_SECTOR_14 0x08108000
  
  
  #define ADDR_FLASH_SECTOR_15 0x0810C000
  
  
  #define ADDR_FLASH_SECTOR_16 0x08110000
  
  
  #define ADDR_FLASH_SECTOR_17 0x08120000
  
  
  #define ADDR_FLASH_SECTOR_18 0x08140000
  
  
  #define ADDR_FLASH_SECTOR_19 0x08160000
  
  
  #define ADDR_FLASH_SECTOR_20 0x08180000
  
  
  #define ADDR_FLASH_SECTOR_21 0x081A0000
  
  
  #define ADDR_FLASH_SECTOR_22 0x081C0000
  
  
  #define ADDR_FLASH_SECTOR_23 0x081E0000
  
  
  /* Flash oprate time from datasheet page 128 */
  
  #define FLASH_SECTOR_16KB_WRITE_ERASE_TIME 500       //500 usb frame,means 500ms
  
  
  #define FLASH_SECTOR_64KB_WRITE_ERASE_TIME 1100
  
  
  #define FLASH_SECTOR_128KB_WRITE_ERASE_TIME 2000
• 修改Main文件
  首先在main文件前添加几个用于加载APP程序的变量和函数定义
  typedef void (*pFunction)(void);
  
  pFunction JumpToApplication;
  uint32_t JumpAddress;1234
  
  然后再 main 函数中加入 外部按键的判断、APP程序加载以及USB DFU初始化功能
  int main(void)
  {
        /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
        HAL_Init();
  
        /* Configure the system clock */
        SystemClock_Config();
  
        /* Initialize all configured peripherals */
        MX_GPIO_Init();
  
        if (HAL_GPIO_ReadPin(USER_BTN_GPIO_Port, USER_BTN_Pin) == GPIO_PIN_SET)
        {
          HAL_GPIO_WritePin(GPIOG, LD3_Pin, GPIO_PIN_SET); // For debug
          /* Test if user code is programmed starting from address 0x0800C000 */
          if (((*(__IO uint32_t *)USBD_DFU_APP_DEFAULT_ADD) & 0x2FF80000) == 0x20000000)
          {
            HAL_GPIO_WritePin(GPIOG, LD4_Pin, GPIO_PIN_SET); // For debug
            /* Jump to user application */
            JumpAddress = *(__IO uint32_t *)(USBD_DFU_APP_DEFAULT_ADD + 4);
            JumpToApplication = (pFunction)JumpAddress;
  
            /* Reset of all peripherals */
            HAL_DeInit();
  
            /* Set interrupt vector to app code */
            SCB->VTOR = USBD_DFU_APP_DEFAULT_ADD;
  
            /* Initialize user application's Stack Pointer */
            __set_MSP(*(__IO uint32_t *)USBD_DFU_APP_DEFAULT_ADD);
            JumpToApplication();
          }
        }
  
        MX_USB_DEVICE_Init();
  
        while (1)
        {
        }
  }
• 编译程序下载进入单片机
  
  

使用DfuSe

从ST官网DfuSe的程序安装包，并安装。然后我们按下之前写的触发按键并复位单片机，让单片机初始 USB DFU 功能，这时如果你插着单片机的USB线，系统应该已经识别了。如果没有右键更新驱动程序，手动指定驱动搜索路径在DfuSe安装目录下的 \Bin\Driver 内。如果直接无法识别USB设备，建议在CubeMx配置完工程后就编译下载测试一下，看看是不是你在移植过程中哪里写错了。

然后我们需要生成一个地址设定在0x0800_c000后的测试程序，就先编写一个 Blink LED 的程序吧，生成bin、hex或S19文件。然后我们打开DfuSe软件的Dfu file manager来生成DFU软件用的.dfu格式的文件。选择第一项，第二个是用来将.dfu反向变换回来的。大概的操作已经标在图片上了，操作比较简单就不做详细介绍了，记得把Address的地址改到偏移后的地址上否则下载会出错，其他参数可以不用修改。

然后我们打开DfuSe程序，在Upgrade中选择生成好的blink.dfu文件，勾选校验功能，下载程序。成功后复位单片机，LED开始闪烁，移植成功。

更多

仔细区看看DfuSe的安装目录，里面有DFU的资料文档，还有DFU的工程源代码，可以用来改写自己需要的DFU升级程序。

参考资料

如何使用CubeMx生成一个DFU工程

ST官网DfuSe

http://www.stmicroelectronics.com.cn/content/st_com/zh/products/development-tools/software-development-tools/stm32-software-development-tools/stm32-programmers/stsw-stm32080.html