【嵌入式】一种优雅的 bootloader 跳转APP 的方式

【嵌入式】一种优雅的 bootloader 跳转APP 的方式

• 0. 个人简介 && 授权须知
• 1. 前言
• 2. 干净的跳转
• 3.程序的 noinit 段
• 4. 利用noinit段实现优雅的跳转
• • 4.1 检查栈顶地址是否合法
  • 4.2 栈顶地址 +4
  • 4.3 __set_MSP
• 5.OTA 过后的运行逻辑

0. 个人简介 && 授权须知

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作者：积跬步、至千里

1. 前言

一些需要OTA 的设备大多都是讲程序设计为 bootloader 和 app区域，以便在升级时更加方便。

程序从BT跳转到app：

• 小白：修改栈顶地址，直接 跳转到APP起始地址，在APP中在修改中断向量表
• 中级：what the fxxk？ 这么省事的吗？还需要做以下事情呢，包括但不限于：
  • 滴答定时器中断关掉、重置计数器
  • 关闭时钟
  • 关闭使能的外设，重新Deinit
  • 关闭看门狗
  • 设置栈顶地址
  • 设置跳转地址
  • 关闭全局中断

​ 归根到底，关中断、外设、去初始化这些操作的本质就是给APP运行提供一个干净的环境

2. 干净的跳转

干净的跳转指的是MCU内部的寄存器没被污染，也即是初始上电状态，咋实现呢？

• 手动断电复位MCU？？可以，但是不现实
• 启动软件复位，但是软件复位后所有的寄存器都复位了，程序中定义的变量也重新加载了

有时候，见多识广真的会打开思路。

在一篇文章中，看到了如下思路，但是以下思路中的第一条怎么实现？复位后，在程序中定义的变量不会被初始化？？

• 定义一个标志，保证其不会被初始化
• 每次复位后就立即检查这个标志，如果是跳转标志就跳转，否则就继续运行
• 当升级完成后就更新跳转标志并软件复位

带着疑问，请看以下章节：

3.程序的 noinit 段

比如我在该段定义了一个变量A，程序在运行过程中A会累加，该段定义的变量可以实现

• 当程序【软复位】时重启时，该段的变量【不会】被初始化
• 只有当程序【掉电重启】时，该段的变量才【会】被初始化

在该段中定义的变量会被编译器分配到SRAM中，SRAM 的地址可以手动设置，该段常用来保存一些敏感信息。

比如我想实现以下场景：

要是想监控程序由于看门狗超时复位而造成重启的次数，在不知道 noinit 之前我想到的就是，利用串口打印保存1个小时的打印 log ，然后观察，硬着头皮数重启次数。

就可以通过以上 noinit 段实现

4. 利用noinit段实现优雅的跳转

首先贴出代码：

#define FLASH_APP_ADDR 0x08010000 //应用程序起始地址

/*在 noinit 段中定义一个标志位变量*/
__attribute__((section(".noinit"))) volatile uint32_t JumpFlag;

void SetJumpFlagAndReset(void){
    JumpFlag = 0xA5A5A5A5;/* Setting of signs */
    NVIC_SystemReset();/* Software reset */
}

void CheckJumpFlagAndJump(void){
    if(JumpFlag == 0xA5A5A5A5){
        JumpFlag = 0; /* Clear jump flag */
        iap_load_app(FLASH_APP1_ADDR);/* Loading the application */
    }
}


void iap_load_app(uint32_t app_addr)
{
  typedef void (*jump_app_ptr)(void);

  jump_app_ptr jump2app;

  /* Check the top-of-stack address for legality */
  if(((*(volatile uint32_t *)app_addr) & 0x2FF00000) == 0x20000000)
  {
    jump2app = (jump_app_ptr)(*(volatile uint32_t *)(app_addr + 4));

    __set_MSP(*(__IO uint32_t*)app_addr);

    /* Jump to APP program */
    jump2app();
  }
}

4.1 检查栈顶地址是否合法

if (((*(volatile u32*)app_addr) & 0x2FFE0000 ) == 0x20000000)分析

• app_addr 是app应用程序的flash首地址
• (volatile u32*)app_addr 是将该地址转换为 u32 指针类型
• (*(volatile u32*)app_addr 是取出该地址的内容，假设为 u32 类型的 变量 P
• 变量P，是 app 程序的堆栈地址 ，该地址指向 RAM，RAM 的起始地址为 0x2000_0000
• p & 0x2FFE_0000 = 0X2000_0000,则 p的范围就是 0x20000000~0x2001ffff
• 综上，if 语句就是为了判断 ram 是否在 0x20000000~0x2001ffff区间范围内，该区间大小为 128K，可以根据实际情况定义

4.2 栈顶地址 +4

栈顶地址 +4 存放的是 复位地址

4.3 __set_MSP

将用户定义的 flash 首地址存储的栈顶地址，通过 __set_MSP 语句告诉 ARM 内核，该地址就是APP程序区域的栈顶地址

5.OTA 过后的运行逻辑

• OTA 的最后运行函数 SetJumpFlagAndReset(), 将noinit段的变量设置标志位并且软复位
• main 函数的初始下运行函数
  • CheckJumpFlagAndJump()
    • 标志位为 0xa5a5_a5a5：表示是 OTA 之后的启动，运行跳转函数
    • 标志位为 0 ，表示是掉电启动的

参考：

IAR下使用noinit段

怎么在Bootloader跳转前给APP提供干净的运行环境