OTA 在线升级

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2023年2月2日17:51:48评论27 views字数 3942阅读13分8秒阅读模式

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OTA 在线升级


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。


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

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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，跳转到对应中断源新的中断服务程序中，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。

1) 指示灯LED2/LED3/LED4
2) USART1(PA9/PA10)

3) 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.xprojectat_start_f403atemplates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.exe
3) 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

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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
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Bootloader project 设置


1) Keil设置

图5. Bootloader project中address 1在Keil设置

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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

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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

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2) App1源程序设置

图8. App project向量表偏移在程序中设置

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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

Dual app OTA与程序设置

地址分布


图9. Flash地址分配

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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

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Bootloader project设置


3) Keil设置
图11. Bootloader project中address 1在Keil设置

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4) Bootloader源程序修改ota.h文件中

图12. Bootloader project中address 2在程序中设置
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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：

5) Keil工程设置
图13. App project中address 2在Keil设置

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6) App1源程序设置

图14. App project向量表偏移在程序中设置

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7) 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。
8) 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

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

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2) 嵌入式端下位机通信协议

图16. 下位机通信协议

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注：ACK：0xCCDD
NACK：0xEEFF
Data：0x31+Addr+数据+chenksum（1byte）
Addr：4bytes，高位在前
Kbytes，下载数据，不足2K内容填充0xFF
Checksum：1byte，4bytes的Addr+2KBytes数据的校验和的低八位

来源：车端



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