STM32F10x處理器在應(yīng)用中編程的實現(xiàn)方法
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Cortex-M3是首款基于ARMv7-M體系結(jié)構(gòu)的32位標(biāo)準(zhǔn)處理器，RISC結(jié)構(gòu)，包含高效靈活的Thumb-2指令集，擁有杰出的低功耗特性，為微控制器系統(tǒng)、汽車車身控制系統(tǒng)、工業(yè)控制系統(tǒng)和無線網(wǎng)絡(luò)等嵌入式應(yīng)用量身設(shè)計。ST公司推出基于Cortex-M3內(nèi)核的STM32系列處理器，憑借其出眾的性能、創(chuàng)新的外設(shè)、優(yōu)越的功耗控制，得到眾多工程師的青睞。
針對嵌入式應(yīng)用的特點，STM32處理器提供功能強大的硬件調(diào)試接口——JTAG接口和串行接口，極大方便了設(shè)計，縮短了產(chǎn)品的開發(fā)周期。不僅如此，STM32處理器內(nèi)嵌的閃存存儲器允許在電路編程(In-Circuit Pro-gramming，ICP)和在應(yīng)用中編程(In-Application Program-ming，IAP)。利用在應(yīng)用中編程，僅需通過一根串口線，就可以完成產(chǎn)品固件的更新。本文對STM32處理器的在應(yīng)用中編程進行了詳細(xì)的分析，結(jié)合硬件和驅(qū)動給出了IAP的具體實現(xiàn)方法，稍加修改，便可應(yīng)用于STM32處理器的所有系列產(chǎn)品。
1 STM32F10x處理器
1．1 STM32處理器特點
STM32全系列處理器具有腳對腳、外設(shè)及軟件的高度兼容性。這給應(yīng)用帶來很好的靈活性，易于將應(yīng)用升級到不同存儲空間或不同封裝的平臺。STM32處理器的產(chǎn)品全系列兼容，使得項目之間的代碼重用和移植很方便。
1．2 STM32處理器內(nèi)存映射
Cortex-M3的存儲系統(tǒng)采用統(tǒng)一編址的方式，程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器、寄存器被組織在4 GB的線性地址空間內(nèi)，以小端格式(little-endian)存放。內(nèi)存映射如圖1所示。
在代碼區(qū)，0x00000000地址為啟動區(qū)。上電以后，CPU從這個地址開始執(zhí)行代碼0x08000000為用戶Flash的起始地址，0x1FFFF000為系統(tǒng)存儲器(system memory)的起始地址。對于STM32處理器，可以通過配置BOOT0和BOOT1兩個引腳來選擇不同的啟動模式，如表1所列。CPU在時鐘信號的第4個上升沿鎖存BOOT引腳的值，根據(jù)兩個引腳的值將對應(yīng)的存儲器物理地址映射到啟動區(qū)。
系統(tǒng)存儲器也稱為“大信息塊”，有2 KB的容量。所有上市的STM32處理器，在出廠前已經(jīng)燒寫進去自舉模式下的啟動程序(Bootloader)，并且將之鎖定防止用戶擦寫。通過配置BOOT0和BOOT1選擇系統(tǒng)存儲器啟動，相應(yīng)的啟動程序在復(fù)位后得以執(zhí)行，配合PC端的通信軟件，通過USART1口允許用戶將程序燒寫到用戶Flash區(qū)。之后，將BOOT0和B00T1重新配置為用戶Flash存儲器啟動，進入正常的應(yīng)用程序。
上述的自舉模式類似于ISP編程，相比其他燒寫方式方便許多，但真正方便靈活的是在應(yīng)用中編程(IAP)，只需一根串口線就可以載入程序，復(fù)位后立即執(zhí)行新的應(yīng)用程序。
2 IAP功能原理
在應(yīng)用中編程(IAP)使得用戶可以在程序運行時重新對Flash進行編程。簡單地說，IAP的編程工作是：下載編譯好的二進制文件數(shù)據(jù)到RAM；將數(shù)據(jù)重新編程到特定的Flash區(qū)。這兩個工作是由IAP驅(qū)動程序完成的。使用IAP功能后，系統(tǒng)的固件由2部分組成：第1部分是IAP驅(qū)動，不執(zhí)行通常的功能，而是通過微控制器支持的任一種通信管道(如USB、USART、SPI等，本文使用USART)接收數(shù)據(jù)，并執(zhí)行對第2部分代碼的更新；第2部分是真正的應(yīng)用程序代碼，實現(xiàn)具體的功能。這兩部分代碼共同燒寫在Flash中。要注意的是，這兩部分代碼不能重疊，否則無法實現(xiàn)IAP功能。
系統(tǒng)上電以后，IAP驅(qū)動首先運行，它主要執(zhí)行如下的操作：
①根據(jù)硬件信號或軟件條件判斷是否需要對第2部分代碼進行更新；
②如果不需要更新，則跳轉(zhuǎn)到④；
③執(zhí)行更新操作；
④跳轉(zhuǎn)到第2部分代碼執(zhí)行。
STM3210x處理器IAP驅(qū)動的流程如圖2所示。圖中顯示IAP主界面是利用超級終端實現(xiàn)的，傳輸協(xié)議用的是Ymodem協(xié)議。需要注意的是，由于IAP驅(qū)動占用了用戶Flash區(qū)的一段起始空間，因此Flash的可編程最大空間要把這部分除去。
3 IAP功能實現(xiàn)
3．1 硬件電路
采用STM32F10x型處理器作為核心。該處理器可全速工作在72 MHz，擁有3個USART接口，內(nèi)嵌128 KB Flash和20 KB SRAM。Flash是以頁的形式組織的，擦除1頁的時間約為20～40 ms；在整個工作范圍內(nèi)其擦除次數(shù)可達10 000次，經(jīng)10 000次擦除后，在+55℃的保存環(huán)境中數(shù)據(jù)保存期限仍可達20年。用戶完全不必?fù)?dān)心使用了IAP功能后對產(chǎn)品造成不良影響。
IAP驅(qū)動使用USART1口作為通信管道，PB口的第9引腳作為IAP判斷是否進入IAP功能的信號線。引出一個按鍵，作為IAP功能選擇按鍵，只要在上電或復(fù)位時按住此鍵就會進入IAP功能主界面，否則直接執(zhí)行正常應(yīng)用程序。BOOT0和BOOT1是啟動配置跳線。相應(yīng)的硬件電路分別如圖3、圖4和圖5所示。
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