STM32 IAP應(yīng)用開發(fā)——通過內(nèi)置DFU實(shí)現(xiàn)USB升級(jí)（方式1）

什么是IAP？

IAP（In-Application Programming） 指MCU可以在系統(tǒng)中獲取新代碼并對(duì)自己重新編程，即可用程序來改變程序。在應(yīng)用編程（IAP）是用戶的應(yīng)用代碼對(duì)片內(nèi)Flash存儲(chǔ)器進(jìn)行擦除/編程的方法。這種方式的典型應(yīng)用就是用一小段代碼來實(shí)現(xiàn)程序的下載，實(shí)際上單片機(jī)的ISP功能就是通過IAP技術(shù)來實(shí)現(xiàn)的，即片子在出廠前就已經(jīng)有一段小的boot程序在里面，片子上電后，開始運(yùn)行這段程序，當(dāng)檢測(cè)到上位機(jī)有下載要求時(shí)，便和上位機(jī)通信，然后下載數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)，從而實(shí)現(xiàn)固件升級(jí)。

什么是BootLoader？

百度百科：在嵌入式操作系統(tǒng)中，BootLoader是在操作系統(tǒng)內(nèi)核運(yùn)行之前運(yùn)行。可以初始化硬件設(shè)備、建立內(nèi)存空間映射圖，從而將系統(tǒng)的軟硬件環(huán)境帶到一個(gè)合適狀態(tài)，以便為最終調(diào)用操作系統(tǒng)內(nèi)核準(zhǔn)備好正確的環(huán)境。在嵌入式系統(tǒng)中，通常并沒有像BIOS那樣的固件程序（注，有的嵌入式CPU也會(huì)內(nèi)嵌一段短小的啟動(dòng)程序），因此整個(gè)系統(tǒng)的加載啟動(dòng)任務(wù)就完全由BootLoader來完成。

實(shí)際上，BootLoader不僅僅在操作系統(tǒng)上使用，在一些內(nèi)存小，功能應(yīng)用較為簡(jiǎn)單的單片機(jī)設(shè)備上面也可以通過BootLoader來完成固件升級(jí)。

什么是DFU？

DFU全稱為Download Firmware Update，是ST官方推出的一個(gè)通過USB接口進(jìn)行IAP升級(jí)的方案，同串口ISP一樣，他們都集成在了芯片內(nèi)部的Bootloader區(qū)段，可以通過配置boot引腳來啟動(dòng)。

不過STM32內(nèi)置DFU的型號(hào)都比較新，像STM32F4系列是有的，但是像F0和F1系列則沒有，不過沒有關(guān)系，如果你用的型號(hào)沒有內(nèi)置DFU程序，也可以通過CubeMX來快速生成和移植一個(gè)DFU功能程序到你的Flash中來使用。

使用DFU的優(yōu)缺點(diǎn)？

使用DFU的好處是不用自己制作Bootloader，因?yàn)檫@部分代碼在STM32出廠之前就已經(jīng)做好并且燒錄進(jìn)去了，而且不占用用戶代碼的Flash，另外，在PC端我們也不需要專門定制一個(gè)上位機(jī)，因?yàn)楣俜骄陀袑ｉT的升級(jí)Tool以及USB驅(qū)動(dòng)。

缺點(diǎn)是要改變boot引腳的電平，才能啟動(dòng)Bootloader，這樣的話在應(yīng)用場(chǎng)景上就有比較大的限制了。

所以，要根據(jù)項(xiàng)目的實(shí)際需求去選擇合適的方案。

我之前也有發(fā)過一些關(guān)于STM32遠(yuǎn)程升級(jí)的文章，實(shí)現(xiàn)的方式有很多種，感興趣的同學(xué)可以去看一下。

STM32固件升級(jí)系列合集：https://blog.csdn.net/ShenZhen_zixian/article/details/129074047

1 硬件介紹

我這里測(cè)試用的是STM32F407。

注意：F0和F1系列是沒有內(nèi)置DFU的。

用到的硬件接口如下：

BOOT引腳配置對(duì)應(yīng)如下圖：

1）主Flash

主Flash起始地址為0x08000000，它指的是STM32內(nèi)置的Flash，通常我們燒錄的代碼就是存放在這個(gè)位置。

2）系統(tǒng)存儲(chǔ)器

系統(tǒng)存儲(chǔ)器起始地址為0x1FFF0000，這種模式啟動(dòng)的程序功能是由芯片廠家設(shè)置的，STM32在出廠時(shí)會(huì)這個(gè)區(qū)域內(nèi)置一段BootLoader， 也就是我們常說的ISP程序， 這是一塊ROM，出廠后無法修改。我們要使用的DFU就是放在這里。

3）嵌入式SRAM

嵌入式SRAM起始地址為0x20000000，既然是SRAM，自然也就沒有程序存儲(chǔ)的能力了，這個(gè)模式一般用于程序調(diào)試。假如我只修改了代碼中一個(gè)小小的 地方，然后就需要重新擦除整個(gè)Flash，比較的費(fèi)時(shí)，可以考慮從這個(gè)模式啟動(dòng)代碼（也就是STM32的內(nèi)存中），用于快速的程序調(diào)試，等程序調(diào)試完成后，在將程序下載到SRAM中。

2 環(huán)境搭建

2.1 Keil uVsion

關(guān)于STM32以及Keil的環(huán)境這里就不具體介紹了，網(wǎng)上教程也很多，不懂的同學(xué)自行查閱資料。環(huán)境搭建好之后需要準(zhǔn)備一個(gè)能夠正常運(yùn)行的代碼，用來測(cè)試我們后面的固件升級(jí)。

2.2 STM32CubeProgrammer

這個(gè)工具是用來燒錄代碼的，可以通過ST-Link、UART和USB下載。其中USB下載就是我們今天要講的DFU模式。

STM32CubeProgrammer官方下載地址：https://www.st.com/en/development-tools/stm32cubeprog.html

根據(jù)自己的操作系統(tǒng)下載對(duì)應(yīng)的安裝包，然后直接安裝即可。

提示：默認(rèn)地址C:Program FilesSTM32CubeSTM32CubeProgrammerbin，如果安裝完找不到應(yīng)用程序的話可以在這個(gè)路徑找到。

2.3 zadig

zadig是用來安裝一個(gè)USB驅(qū)動(dòng)的，只有安裝好這個(gè)驅(qū)動(dòng)，后面的升級(jí)流程才能正常進(jìn)行，不然識(shí)別不到STM32的USB DFU模式。

這里先下載好軟件，后面我們用到再安裝。

下載地址請(qǐng)自行查閱，或者在我上傳的鏈接下載也行。

zadig：https://download.csdn.net/download/ShenZhen_zixian/87570348

注：本文測(cè)試的時(shí)候，用的是v2.7.7版本。

2.4 檢查USB驅(qū)動(dòng)

1、讓STM32進(jìn)入系統(tǒng)存儲(chǔ)器啟動(dòng)模式

也就是配置BOOT0引腳拉高，BOOT1引腳拉低。

提示：BOOT引腳的狀態(tài)要在MCU啟動(dòng)之前配置好才能進(jìn)入對(duì)應(yīng)的模式，可以先配置BOOT引腳再上電，也可以在配置好BOOT引腳之后復(fù)位MCU。

2、檢查和安裝USB驅(qū)動(dòng)

把STM32的USB連接到PC端，然后打開設(shè)備管理器，查看USB設(shè)備的情況。可能會(huì)出現(xiàn)以下幾種情況。

1）能看到下圖這個(gè)STM32 BOOTLOADER設(shè)備，并且沒有黃嘆號(hào)，說明驅(qū)動(dòng)已經(jīng)是安裝好了的，可以直接跳到后面第3點(diǎn)了。

提示：因?yàn)榍懊姘惭bSTM32CubeProgrammer時(shí)會(huì)提示安裝驅(qū)動(dòng)，如果安裝了，這時(shí)USB驅(qū)動(dòng)可能就已經(jīng)裝好了。

2）能看到下圖這個(gè)STM32 BOOTLOADER設(shè)備，但是有黃嘆號(hào)，說明驅(qū)動(dòng)異常，需要用zadig重新安裝。

打開前面下載好的zadig，點(diǎn)擊Install WCID Driver安裝即可。

等待安裝完成。

安裝完成后可以在zadig上看到設(shè)備，打開設(shè)備管理器，也能看到一個(gè)沒有黃嘆號(hào)的STM32 BOOTLOADER設(shè)備。

3）能看到下圖這個(gè)STM Device in DFU Mode設(shè)備，但沒有STM32 BOOTLOADER設(shè)備，需要用zadig重新安裝。

先卸載掉STM Device in DFU Mode設(shè)備。然后重新插拔USB線，之后會(huì)看到一個(gè)帶黃色感嘆號(hào)的STM32 BOOTLOADER設(shè)備。此時(shí)再按照前面的第2步操作即可。

不管是哪種情況，如果前面的驅(qū)動(dòng)安裝沒有問題，連接上電腦之后可以在設(shè)備管理器也能看到一個(gè)STM BOOTLOADER設(shè)備，而且是沒有黃色感嘆號(hào)的。這樣驅(qū)動(dòng)就是OK的了。

3、打開STM32CubeProgrammer

如果驅(qū)動(dòng)和接線都沒問題，那么在STM32CubeProgrammer可以看到檢測(cè)到STM32設(shè)備。

提示：如果沒有找到設(shè)備，請(qǐng)檢查前面的步驟。

至此，環(huán)境部分就搭建完成了。

3 固件升級(jí)

1、連接USB

把STM32的USB接入到PC端。

在STM32CubeProgrammer上連接設(shè)備。此時(shí)能讀取到芯片的Flash。

注意讀取的地址和長(zhǎng)度，STM32的地址都是以0x08000000開始的，讀取的長(zhǎng)度就無所謂了，看你自己的需要。

2、導(dǎo)入hex或bin文件

打開要升級(jí)的固件（hex或bin都可以）。

打開后能看到固件存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。

3、下載固件

點(diǎn)擊“Download”，下載固件到STM32.

4、重啟設(shè)備

升級(jí)完成后將BOOT模式要改成主Flash模式（BOOT0引腳拉低），然后重新上電或復(fù)位，即可運(yùn)行新版本的代碼。

至此，整個(gè)升級(jí)流程就走完了。

結(jié)束語

好了，關(guān)于如何通過STM32內(nèi)置DFU實(shí)現(xiàn)USB升級(jí)就講到這里，這種方式雖然限制較多，但在某些應(yīng)用場(chǎng)景是很方便的，比如SB鍵盤，不需要自己編寫B(tài)ootloader和上位機(jī)就可以實(shí)現(xiàn)固件升級(jí)，而且官方的升級(jí)渠道還穩(wěn)定。其他應(yīng)用場(chǎng)景就再另說，合適的才是最好的。

如果你有什么問題或者有更好的方法，歡迎在評(píng)論區(qū)留言。