1、ICP、ISP 和 IAP 的概念
在项目开发过程中通常使用 SWD、JTAG 等工具进行程序烧录和仿真，若产品节点较少还是比较方便，但是当设备节点量产时，就需要使用 IAP 的方式进行程序烧录。
简单说明几个概念 ICP、ISP 和 IAP。
ICP In-circuit programmer
ICP：在电路编程，MCU 内部不需要有程序，上电就能够对程序存储区域进行编程，例如平时使用 JTAG、SWD 等方式。
ISP In-system programer
ISP：在系统编程，通过 MCU 专用的串行编程接口进行编程，MCU 需要具有运行的外部条件，例如有晶振等。
例如 STM32 通过设置 BOOT 引脚设置对应启动模式，然后通过串口等对内部 Flash 进行升级，可以说这种方式就是厂家在芯片内部固化了一个 BootLoader 程序。
IAP In-application programer
IAP：在应用编程，开发者设计 BootLoader 程序，通过串口、CAN、以太网等通信方式实现程序升级。
2、IAP 升级程序的原理
通常一块 MCU 芯片的 Code(代码)区内只有一个用户程序，而 IAP 方案则是将代码区划分为两部分，两部分区域各存放一个程序，一个为 BootLoader(引导加载程序)，另一个为 User Application(用户应用程序)。
BootLoader 在出厂时就固定下来了，在需要变更 User Application 时只需要通过触发 BootLoader 对 User Application 的擦除和重新写入即可完成用户应用的更换。
程序执行初始化后首先会进入 BootLoader，在 BootLoader 里面检测条件是否被触发(可通过按键是否被按下、串口是否接收到特定的数据、U 盘是否插入等)，如果有则进行对 User Application 进行擦除和重新写入操作新程序，如果没有则直接跳转到 BootLoader 执行 User Application。
3、IAP 升级程序的流程
假设设备仅有 User Application，以 STM32F103ZET6 为例，其启动方式有三种：内置 FLASH 启动、内置 SRAM 启动、系统存储器 ROM 启动。通过 BOOT0 和 BOOT1 引脚的设置可以选择从哪中方式启动，这里选择内置的 FLASH 启动，STM32F103ZET6 FLASH 的地址为 0x08000000—0x0807FFFF，共 512KB。
通常 STM32 发生中断的过程为以下五步：
1、发生中断(中断请求)；
2、到中断向量表查找中断函数入口地址；
3、跳转到中断函数；
4、执行中断函数；
5、中断返回。
也就是说，STM32 的内置的 Flash 中有一个中断向量表来存放各个中断服务函数的入口地址，内置 Flash 的分配情况如下图所示：
所以当只有一个程序的情况下（仅有 User Applicatio 时），程序执行的走向如下所示：
解析上图：
STM32F103ZET6 有一个中断向量表，这个中断向量表存放在代码开始部分的后 4 个字节处(即 0x08000004)，代码开始的 4 个字节存放的是堆栈栈顶的地址，当发生中断后程序通过查找该表得到相应的中断服务程序入口地址，然后再跳到相应的中断服务程序中执行。
设备上电后从 0x08000004 处取出复位中断向量的地址，然后跳转到复位中断程序的入口(标号①所示)，执行结束后跳转到 main 函数中(标号②所示)。在执行 main 函数的过程中发生中断，则 STM32 强制将 PC 指针指回中断向量表处(标号③所示)，从中断向量表中找到相应的中断函数入口地址，跳转到相应的中断服务函数(标号④所示)，执行完中断函数后再返回到 main 函数中来(标号⑤所示)。
下面要讲正题了。
若将 STM32F103ZET6 在内置的 Flash 里面添加 User Application 和 BootLoader 程序，则 Flash 分配情况大致如下图所示：
此时，User Application 和 BootLoader 程序各有一个中断向量表，假设 BootLoader 程序占用的空间为 N+M 字节，则程序的走向应该如下图所示：
解析上图：
设备上电初始程序依然从 0x08000004 处取出复位中断向量地址，执行复位中断函数后跳转到 IAP 的 main(标号①所示)，在 IAP 的 main 函数执行完成后（在 BootLoader 里面检测条件是否被触发(可通过按键是否被按下、串口是否接收到特定的数据、U 盘是否插入等)，如果有则进行对 User Application 进行擦除和重新写入操作新程序，如果没有则直接跳转到 BootLoader 执行 User Application）强制跳转到 0x08000004+N+M 处(标号②所示)，最后跳转到新的 main 函数中来(标号③所示)，当发生中断请求后，程序跳转到新的中断向量表中取出新的中断函数入口地址，再跳转到新的中断服务函数中执行(标号④⑤所示)，执行完中断函数后再返回到 main 函数中来(标号⑥所示)。
4、IAR 环境下 IAP 的实现
以 IAR 环境为例，简单讲述 IAP 的实现步骤。这里 MCU 以华大 HC32L130 为例，因为使用的 MCU 不同，所以实现的细节也不一致，但是基本上官方都会提供 Demo 例程。
本示例 Flash 分配情况为：BootLoader 地址：0x00000000~0x00000DFF，User Application 地址：0x00001000~0x0000FFFF。
4.1、BootLoader 程序设计
第 1 步：设计总体架构，包含三个功能函数：检测 BootLoader 标志程序、IAP 配置程序和 IAP 烧录功能程序。
/** ******************************************************************************* ** \brief IAP 主函数 ** ** \param None ** ** \retval int32_t Return value, if needed ** ******************************************************************************/int32_t main(void){ IAP_UpdateCheck(); IAP_Init(); IAP_Main();}
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第 2 步：检查 BootPara 标记区数据值，判断是否需要升级 APP 程序，若需要升级则才会执行 IAP_Init()和 IAP_Main()函数，否则会直接跳转到 User Application 程序。
/** ******************************************************************************* ** \brief 检查BootPara标记区数据值，判断是否需要升级APP程序. ** ** \param None ** ** \retval None ** ******************************************************************************/void IAP_UpdateCheck(void){ uint32_t u32AppFlag; u32AppFlag = *(__IO uint32_t *)BOOT_PARA_ADDRESS; //读出BootLoader para区标记值 if (APP_FLAG != u32AppFlag) //如果标记值不等于APP_FLAG,表示不需要升级APP程序 { IAP_JumpToApp(APP_ADDRESS); //则直接跳转至APP } }
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第 3 步：IAP_Init()函数的实现，主要包括外围模块初始化和 IAP 通信协议标志初始化。
/** ******************************************************************************* ** \brief IAP 初始化 ** ** \param [in] None ** ** \retval None ** ******************************************************************************/void IAP_Init(void){ PreiModule_Init(); Modem_RamInit();} /** ******************************************************************************* ** \brief CPU外围模块初始化 ** ** \param [in] None ** ** \retval None ** ******************************************************************************/void PreiModule_Init(void){ HC32_SetSystemClockToRCH22_12MHz(); HC32_InitUart(); HC32_InitCRC(); HC32_InitTIM(); HC32_InitFlash(FLASH_CONFIG_FREQ_22_12MHZ);} /** ******************************************************************************* ** \brief modem文件中相关变量参数初始化 ** ** \param [out] None ** \param [in] None ** ** \retval None ** ******************************************************************************/void Modem_RamInit(void){ uint32_t i; enFrameRecvStatus = FRAME_RECV_IDLE_STATUS; //帧状态初始化为空闲状态 for (i=0; i<FRAME_MAX_SIZE; i++) { u8FrameData[i] = 0; //帧数据缓存初始化为零 } u32FrameDataIndex = 0; //帧缓存数组索引值初始化为零}
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第 4 步：IAP_Main(）函数的实现，主要包含对 User Application 程序更新处理。
/** ******************************************************************************* ** \brief IAP APP程序升级主函数. ** ** \param None ** ** \retval None ** ******************************************************************************/void IAP_Main(void){ en_result_t enRet; while (1) { enRet = Modem_Process(); //APP程序更新处理 if (Ok == enRet) { IAP_ResetConfig(); //复位所有外设模块 if (Error == IAP_JumpToApp(APP_ADDRESS)) //如果跳转失败 { while(1); } } }} /** ******************************************************************************* ** \brief 上位机数据帧解析及处理 ** ** \param [in] None ** ** \retval Ok APP程序升级完成，并接受到跳转至APP命令 ** \retval OperationInProgress 数据处理中 ** \retval Error 通讯错误 ** ******************************************************************************/en_result_t Modem_Process(void){ uint8_t u8Cmd, u8FlashAddrValid, u8Cnt, u8Ret; uint16_t u16DataLength, u16PageNum, u16Ret; uint32_t u32FlashAddr, u32FlashLength, u32Temp; if (enFrameRecvStatus == FRAME_RECV_PROC_STATUS) //有数据帧待处理, enFrameRecvStatus值在串口中断中调整 { u8Cmd = u8FrameData[PACKET_CMD_INDEX]; //获取帧指令码 if (PACKET_CMD_TYPE_DATA == u8FrameData[PACKET_TYPE_INDEX]) //如果是数据指令 { u8FlashAddrValid = 0u; u32FlashAddr = u8FrameData[PACKET_ADDRESS_INDEX] + //读取地址值 (u8FrameData[PACKET_ADDRESS_INDEX + 1] << 8) + (u8FrameData[PACKET_ADDRESS_INDEX + 2] << 16) + (u8FrameData[PACKET_ADDRESS_INDEX + 3] << 24); if ((u32FlashAddr >= (FLASH_BASE + BOOT_SIZE)) && (u32FlashAddr < (FLASH_BASE + FLASH_SIZE))) //如果地址值在有效范围内 { u8FlashAddrValid = 1u; //标记地址有效 } } switch (u8Cmd) //根据指令码跳转执行 { case PACKET_CMD_HANDSHAKE : //握手帧 指令码 u8FrameData[PACKET_RESULT_INDEX] = PACKET_ACK_OK; //返回状态为：正确 Modem_SendFrame(&u8FrameData[0], PACKET_INSTRUCT_SEGMENT_SIZE); //发送应答帧给上位机 break; case PACKET_CMD_ERASE_FLASH : //擦除flash 指令码 if ((u32FlashAddr % FLASH_SECTOR_SIZE) != 0) //如果擦除地址不是页首地址 { u8FlashAddrValid = 0u; //标记地址无效 } if (1u == u8FlashAddrValid) //如果地址有效 { u32Temp = u8FrameData[PACKET_DATA_INDEX] + //获取待擦除flash尺寸 (u8FrameData[PACKET_DATA_INDEX + 1] << 8) + (u8FrameData[PACKET_DATA_INDEX + 2] << 16) + (u8FrameData[PACKET_DATA_INDEX + 3] << 24); u16PageNum = FLASH_PageNumber(u32Temp); //计算需擦除多少页 for (u8Cnt=0; u8Cnt<u16PageNum; u8Cnt++) //根据需要擦除指定数量的扇区 { u8Ret = Flash_EraseSector(u32FlashAddr + (u8Cnt * FLASH_SECTOR_SIZE)); if (Ok != u8Ret) //如果擦除失败，反馈上位机错误代码 { u8FrameData[PACKET_RESULT_INDEX] = PACKET_ACK_ERROR; break; } } if (Ok == u8Ret) //如果全部擦除成功，反馈上位机成功 { u8FrameData[PACKET_RESULT_INDEX] = PACKET_ACK_OK; }else //如果擦除失败，反馈上位机错误超时标志 { u8FrameData[PACKET_RESULT_INDEX] = PACKET_ACK_TIMEOUT; } } else //地址无效，反馈上位机地址错误 { u8FrameData[PACKET_RESULT_INDEX] = PACKET_ACK_ADDR_ERROR; } Modem_SendFrame(&u8FrameData[0], PACKET_INSTRUCT_SEGMENT_SIZE); //发送应答帧到上位机 break; case PACKET_CMD_APP_DOWNLOAD : //数据下载 指令码 if (1u == u8FlashAddrValid) //如果地址有效 { u16DataLength = u8FrameData[FRAME_LENGTH_INDEX] + (u8FrameData[FRAME_LENGTH_INDEX + 1] << 8) - PACKET_INSTRUCT_SEGMENT_SIZE; //获取数据包中的数据长度(不包含指令码指令类型等等) if (u16DataLength > PACKET_DATA_SEGMENT_SIZE) //如果数据长度大于最大长度 { u16DataLength = PACKET_DATA_SEGMENT_SIZE; //设置数据最大值 } u8Ret = Flash_WriteBytes(u32FlashAddr, (uint8_t *)&u8FrameData[PACKET_DATA_INDEX], u16DataLength); //把所有数据写入flash if (Ok != u8Ret) //如果写数据失败 { u8FrameData[PACKET_RESULT_INDEX] = PACKET_ACK_ERROR; //反馈上位机错误 标志 } else //如果写数据成功 { u8FrameData[PACKET_RESULT_INDEX] = PACKET_ACK_OK; //反馈上位机成功 标志 } } else //如果地址无效 { u8FrameData[PACKET_RESULT_INDEX] = PACKET_ACK_ADDR_ERROR; //反馈上位机地址错误 } Modem_SendFrame(&u8FrameData[0], PACKET_INSTRUCT_SEGMENT_SIZE); //发送应答帧到上位机 break; case PACKET_CMD_CRC_FLASH : //查询flash校验值 指令码 if (1u == u8FlashAddrValid) //如果地址有效 { u32FlashLength = u8FrameData[PACKET_DATA_INDEX] + (u8FrameData[PACKET_DATA_INDEX + 1] << 8) + (u8FrameData[PACKET_DATA_INDEX + 2] << 16) + (u8FrameData[PACKET_DATA_INDEX + 3] << 24); //获取待校验flash大小 if ((u32FlashLength + u32FlashAddr) > (FLASH_BASE + FLASH_SIZE)) //如果flash长度超出有效范围 { u8FrameData[PACKET_RESULT_INDEX] = PACKET_ACK_FLASH_SIZE_ERROR; //反馈上位机flash尺寸错误 }else { u16Ret = Cal_CRC16(((unsigned char *)u32FlashAddr), u32FlashLength);//读取flash指定区域的值并计算crc值 u8FrameData[PACKET_FLASH_CRC_INDEX] = (uint8_t)u16Ret; //把crc值存储到应答帧 u8FrameData[PACKET_FLASH_CRC_INDEX+1] = (uint8_t)(u16Ret>>8); u8FrameData[PACKET_RESULT_INDEX] = PACKET_ACK_OK; //反馈上位机成功 标志 } } else //如果地址无效 { u8FrameData[PACKET_RESULT_INDEX] = PACKET_ACK_ADDR_ERROR; //反馈上位机地址错误 } Modem_SendFrame(&u8FrameData[0], PACKET_INSTRUCT_SEGMENT_SIZE+2); //发送应答帧到上位机 break; case PACKET_CMD_JUMP_TO_APP : //跳转至APP 指令码 Flash_EraseSector(BOOT_PARA_ADDRESS); //擦除BOOT parameter 扇区 u8FrameData[PACKET_RESULT_INDEX] = PACKET_ACK_OK; //反馈上位机成功 Modem_SendFrame(&u8FrameData[0], PACKET_INSTRUCT_SEGMENT_SIZE); //发送应答帧到上位机 return Ok; //APP更新完成，返回OK，接下来执行跳转函数，跳转至APP case PACKET_CMD_APP_UPLOAD : //数据上传 if (1u == u8FlashAddrValid) //如果地址有效 { u32Temp = u8FrameData[PACKET_DATA_INDEX] + (u8FrameData[PACKET_DATA_INDEX + 1] << 8) + (u8FrameData[PACKET_DATA_INDEX + 2] << 16) + (u8FrameData[PACKET_DATA_INDEX + 3] << 24); //读取上传数据长度 if (u32Temp > PACKET_DATA_SEGMENT_SIZE) //如果数据长度大于最大值 { u32Temp = PACKET_DATA_SEGMENT_SIZE; //设置数据长度为最大值 } Flash_ReadBytes(u32FlashAddr, (uint8_t *)&u8FrameData[PACKET_DATA_INDEX], u32Temp); //读flash数据 u8FrameData[PACKET_RESULT_INDEX] = PACKET_ACK_OK; //反馈上位机成功 标志 Modem_SendFrame(&u8FrameData[0], PACKET_INSTRUCT_SEGMENT_SIZE + u32Temp);//发送应答帧到上位机 } else //如果地址无效 { u8FrameData[PACKET_RESULT_INDEX] = PACKET_ACK_ADDR_ERROR; //反馈上位机地址错误 标志 Modem_SendFrame(&u8FrameData[0], PACKET_INSTRUCT_SEGMENT_SIZE); //发送应答帧到上位机 } break; case PACKET_CMD_START_UPDATE : //启动APP更新(此指令正常在APP程序中调用) u8FrameData[PACKET_RESULT_INDEX] = PACKET_ACK_OK; //反馈上位机成功 标志 Modem_SendFrame(&u8FrameData[0], PACKET_INSTRUCT_SEGMENT_SIZE); //发送应答帧到上位机 break; } enFrameRecvStatus = FRAME_RECV_IDLE_STATUS; //帧数据处理完成，帧接收状态恢复到空闲状态 } return OperationInProgress; //返回，APP更新中。。。}
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4.2、User Application 程序设计
在本示例 User Application 中，触发 BootLoader 更新程序的标志在串口接收中实现。
//UART0中断函数void Uart0_IRQHandler(void){ if(Uart_GetStatus(M0P_UART0, UartRC)) //UART0数据接收 { Uart_ClrStatus(M0P_UART0, UartRC); //清中断状态位 u8RxData[u8RxCnt] = Uart_ReceiveData(M0P_UART0); //接收数据字节 u8RxCnt++; if(u8RxCnt>=18) { u8RxCnt = 0; if ((u8RxData[0]==0x6D)&&(u8RxData[1]==0xAC)&&(u8RxData[6]==0x26)&&(u8RxData[16]==0xA6)&&(u8RxData[17]==0xDA)) //是APP更新帧 { for(uint32_t i=0;i<18;i++) { Uart_SendDataPoll(M0P_UART0,u8TxData[i]); //查询方式发送数据 } //boot para区域写标记值,通知BootLoader要更新程序了 Flash_SectorErase(0xF00); Flash_WriteWord(0xF00, 0x12345678); NVIC_SystemReset(); //软件复位MCU } } } if(Uart_GetStatus(M0P_UART0, UartTC)) //UART0数据发送 { Uart_ClrStatus(M0P_UART0, UartTC); //清中断状态位 } }
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4.3、IAR 地址配置及文件输出
最后还需要简答配置下 IAR 环境。
第 1 步：确定输出的 Linker 配置地址，因为需要在这里程序修改地址。
第 2 步：找到 Linker 配置文件，修改 BootLoader 程序地址：0x00000000~0x00000DFF，User Application 程序地址：0x00001000~0x0000FFFF。
第 3 步：找到 User Application 程序的配置文件（后缀为.s 的文件），添加程序中断向量偏移长度：0x00001000，和 BootLoader 程序配置文件相比有两处不同之处，如下所示：
第 4 步：将这两个程序按照 ICP 方式（SWD、JTAG 等）烧录后，此后就可以使用 IAP 方式通过串口烧录 HEX 文件程序或者 BIN 文件程序。输出及烧录 HEX 文件程序或者 BIN 文件程序方式如下图所示：
5、拓展：解析 HEX 文件
HEX 文件可以通过 UltraEdit、Notepad++、记事本等工具打开，用 Notepad++打开之后会看到以下数据内容：
使用 Notepad++打开后会不同含义的数据其颜色不同。每行数据都会有一个冒号开始，后面的数据由：数据长度、地址、标识符、有效数据、校验数据等构成。以上图的第一行为例，进行解析：
第 1 个字节 10，表示该行具有 0x10 个数据，即 16 个字节的数据；
第 2、3 个字节 3E00，表示该行的起始地址为 0x3E00；
第 4 个字节 00，表示该行记录的是数据；
第 5-20 个字节，表示的是有效数据；
第 21 个字节 EB，表示前面数据的校验数据，校验方法：0x100-前面字节累加和；
其中，第 4 个字节具有 5 种类型：00-05，含义如下：
字段
含义
00
表示后面记录的是数据
01
表示文件结束
02
表示扩展段地址
03
表示开始段地址
04
表示扩展线性地址
05
表示开始线性地址
单片机的 hex 文件以 00 居多，都用来表示数据。hex 文件的结束部分如下图所示：
最后一行的 01 表示文件结束了，最后的 FF 表示校验数据，由 0x100-0x01=0xFF 得来。
资源下载：IAR环境下STM32+IAP方案的实现
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