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STM32高階開發(17)-使用DFU方案

阿新 • • 發佈：2019-01-24

STM32 DFU 快速移植及使用教程

什麼是 DFU

DFU全稱為Device Firmware update，是ST官方推出的一個通過USB介面進行IAP升級的方案，同串列埠ISP一樣，他們都整合在了晶片內部的Bootloader區段，可以通過配置boot引腳來啟動。（具體可參照ST文件：AN2606）。不過內建DFU的晶片大部分型號都比較新，如果你用的型號沒有內建DFU程式，沒關係我們也可以通過CubeMX來快速生成和移植一個DFU功能程式到你的Flash中來使用。

DFU方案完整的元件包括微控制器DFU Demo程式碼、PC端升級程式、PC端Demo程式碼以及相關資料手冊等。通過使用DFU方案，我們可以快速的整合升級功能到開發的產品中，同時還能夠快速的開發與之配套的升級程式。

使用CubeMX生成初始工程

由於官方提供的DFU例程並不多，我們很難找到現成的可已使用DFU程式，但是通過CubeMX我們可以很快速的配置和生成DFU的Bootloader，下面我們正式開始。

  1. 新建CubeMX工程

    首先選定好IC的型號，進入配置介面，由於只是Bootloader程式碼所以這裡我們只需要配置USB功能和一個做Bootloader觸發的引腳就可，其餘的時鐘等部分一切按照正常方式配置。

  2. 設定USB引腳功能

    設定USB模式為Device（HS還是FS並不影響DFU的功能，按照應用選擇就可）。

    這裡寫圖片描述

  3. 開啟DFU元件

    在MiddleWares中加入USB DFU元件

    這裡寫圖片描述

  4. 設定DFU引數

    開啟DFU元件後，CubeMX的程式設定視窗的MiddleWares中就會出現DFU程式設定按鈕。
    這裡寫圖片描述

    點開它將APP載入的地址改為0x0800_c000，這個載入地址根據你實際的應用設定，目前我們選擇讓flash的前三個sector為Bootloader的區域。
    這裡寫圖片描述

    第二個全是欄位的引數是用來在DFU連線升級軟體式傳輸給軟體用來獲取Flash結構字串資料，很好理解這個小協議的內容，點選設定後，下方的CubeMX的引數說明也寫的很清晰，這裡就不多說了。當然這些引數也在工程生成後在 usbd_conf.h 和 usbd_dfu_if.c 檔案中修改。
    這裡寫圖片描述

  5. 最後的設定

    最後我們新增一個外部的按鍵作為觸發微控制器啟動時進入DFU的方式，按鍵按下後就啟動DFU模式，否則直接載入後方APP程式，這裡選用PA0引腳，給它設定個User Label 就叫 USER_BTN_GPIO_Port。

    這裡寫圖片描述

修改補全工程

  1. 實現 DFU 功能程式碼

    開啟 src 目錄下的 usbd_dfu_if.c 檔案補全其中的功能程式碼

    Flash 解鎖

    uint16_t MEM_If_Init_HS(void)
{
    HAL_FLASH_Unlock();
    return (USBD_OK);
}

    Flash 上鎖

    uint16_t MEM_If_DeInit_HS(void)
{
    HAL_FLASH_Lock();
    return (USBD_OK);
}

    Flash 擦除

    static uint32_t GetSector(uint32_t Address)
{
     uint32_t sector = 0;

     if ((Address < ADDR_FLASH_SECTOR_1) && (Address >= ADDR_FLASH_SECTOR_0))
     {
        sector = FLASH_SECTOR_0;
     }

     ......

      }
      else if ((Address < ADDR_FLASH_SECTOR_23) && (Address >= ADDR_FLASH_SECTOR_22))
      {
        sector = FLASH_SECTOR_22;
      }
      else
      {
        sector = FLASH_SECTOR_23;
      }
      return sector;
    }

    uint16_t MEM_If_Erase_HS(uint32_t Add)
    {
      uint32_t startsector = 0;
      uint32_t sectornb = 0;
      /* Variable contains Flash operation status */
      HAL_StatusTypeDef status;
      FLASH_EraseInitTypeDef eraseinitstruct;

      /* Get the number of sector */
      startsector = GetSector(Add);

      eraseinitstruct.TypeErase = FLASH_TYPEERASE_SECTORS;
      eraseinitstruct.VoltageRange = FLASH_VOLTAGE_RANGE_3;
      eraseinitstruct.Sector = startsector;
      eraseinitstruct.NbSectors = 1;
      status = HAL_FLASHEx_Erase(&eraseinitstruct, &sectornb);

      if (status != HAL_OK)
      {
        return (USBD_FAIL);
      }
      return (USBD_OK);
}

    Flash 寫入

    uint16_t MEM_If_Write_HS(uint8_t *src, uint8_t *dest, uint32_t Len)
{
    uint32_t i = 0;

    for (i = 0; i < Len; i += 4)
    {
        /* Device voltage range supposed to be [2.7V to 3.6V], the operation will
       be done by byte */
        if (HAL_FLASH_Program(FLASH_TYPEPROGRAM_WORD, (uint32_t)(dest + i), *(uint32_t *)(src + i)) == HAL_OK)
        {
          /* Check the written value */
          if (*(uint32_t *)(src + i) != *(uint32_t *)(dest + i))
          {
            /* Flash content doesn't match SRAM content */
            return (USBD_FAIL);
          }
        }
        else
        {
          /* Error occurred while writing data in Flash memory */
          return (USBD_FAIL);
        }
    }
    return (USBD_OK);
}

    Flash 讀取

    uint8_t *MEM_If_Read_HS(uint8_t *src, uint8_t *dest, uint32_t Len)
{
      /* Return a valid address to avoid HardFault */
      uint32_t i = 0;
      uint8_t *psrc = src;

      for (i = 0; i < Len; i++)
      {
        dest[i] = *psrc++;
      }
      /* Return a valid address to avoid HardFault */
      return (uint8_t *)(dest);
}

    獲取 Flash 擦寫時間引數

    uint16_t MEM_If_GetStatus_HS(uint32_t Add, uint8_t Cmd, uint8_t *buffer)
{
      /* USER CODE BEGIN 11 */
      uint16_t time;

      time = TimingTable[GetSector(Add)];

      switch (Cmd)
      {
      case DFU_MEDIA_PROGRAM:
        buffer[1] = (uint8_t)time;
        buffer[2] = (uint8_t)(time << 8);
        buffer[3] = 0;
        break;

          case DFU_MEDIA_ERASE:
          default:
        buffer[1] = (uint8_t)time;
        buffer[2] = (uint8_t)(time << 8);
        buffer[3] = 0;
        break;
      }
      return (USBD_OK);
      /* USER CODE END 11 */
}

    usbd_dfu_if.h 檔案新增的巨集定義

    /* Define flash address */
// BLANK 1

#define ADDR_FLASH_SECTOR_0 0x08000000


#define ADDR_FLASH_SECTOR_1 0x08004000


#define ADDR_FLASH_SECTOR_2 0x08008000


#define ADDR_FLASH_SECTOR_3 0x0800C000


#define ADDR_FLASH_SECTOR_4 0x08010000


#define ADDR_FLASH_SECTOR_5 0x08020000


#define ADDR_FLASH_SECTOR_6 0x08040000


#define ADDR_FLASH_SECTOR_7 0x08060000


#define ADDR_FLASH_SECTOR_8 0x08080000


#define ADDR_FLASH_SECTOR_9 0x080A0000


#define ADDR_FLASH_SECTOR_10 0x080C0000


#define ADDR_FLASH_SECTOR_11 0x080E0000

// BLANK 2

#define ADDR_FLASH_SECTOR_12 0x08100000


#define ADDR_FLASH_SECTOR_13 0x08104000


#define ADDR_FLASH_SECTOR_14 0x08108000


#define ADDR_FLASH_SECTOR_15 0x0810C000


#define ADDR_FLASH_SECTOR_16 0x08110000


#define ADDR_FLASH_SECTOR_17 0x08120000


#define ADDR_FLASH_SECTOR_18 0x08140000


#define ADDR_FLASH_SECTOR_19 0x08160000


#define ADDR_FLASH_SECTOR_20 0x08180000


#define ADDR_FLASH_SECTOR_21 0x081A0000


#define ADDR_FLASH_SECTOR_22 0x081C0000


#define ADDR_FLASH_SECTOR_23 0x081E0000


/* Flash oprate time from datasheet page 128 */

#define FLASH_SECTOR_16KB_WRITE_ERASE_TIME 500       //500 usb frame,means 500ms


#define FLASH_SECTOR_64KB_WRITE_ERASE_TIME 1100


#define FLASH_SECTOR_128KB_WRITE_ERASE_TIME 2000

  2. 修改Main檔案

    首先在main檔案前新增幾個用於載入APP程式的變數和函式定義

    typedef void (*pFunction)(void);

pFunction JumpToApplication;
uint32_t JumpAddress;

    然後再 main 函式中加入 外部按鍵的判斷、APP程式載入以及USB DFU初始化功能

    int main(void)
{
      /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
      HAL_Init();

      /* Configure the system clock */
      SystemClock_Config();

      /* Initialize all configured peripherals */
      MX_GPIO_Init();

      if (HAL_GPIO_ReadPin(USER_BTN_GPIO_Port, USER_BTN_Pin) == GPIO_PIN_SET)
      {
        HAL_GPIO_WritePin(GPIOG, LD3_Pin, GPIO_PIN_SET); // For debug
        /* Test if user code is programmed starting from address 0x0800C000 */
        if (((*(__IO uint32_t *)USBD_DFU_APP_DEFAULT_ADD) & 0x2FF80000) == 0x20000000)
        {
          HAL_GPIO_WritePin(GPIOG, LD4_Pin, GPIO_PIN_SET); // For debug
          /* Jump to user application */
          JumpAddress = *(__IO uint32_t *)(USBD_DFU_APP_DEFAULT_ADD + 4);
          JumpToApplication = (pFunction)JumpAddress;

          /* Reset of all peripherals */
          HAL_DeInit();

          /* Set interrupt vector to app code */
          SCB->VTOR = USBD_DFU_APP_DEFAULT_ADD;

          /* Initialize user application's Stack Pointer */
          __set_MSP(*(__IO uint32_t *)USBD_DFU_APP_DEFAULT_ADD);
          JumpToApplication();
        }
      }

      MX_USB_DEVICE_Init();

      while (1)
      {
      }
}
  3. 編譯程式下載進入微控制器

使用DfuSe

從ST官網DfuSe的程式安裝包，並安裝。然後我們按下之前寫的觸發按鍵並復位微控制器，讓微控制器初始 USB DFU 功能，這時如果你插著微控制器的USB線，系統應該已經識別了。如果沒有右鍵更新驅動程式，手動指定驅動搜尋路徑在DfuSe安裝目錄下的 \Bin\Driver 內。如果直接無法識別USB裝置，建議在CubeMx配置完工程後就編譯下載測試一下，看看是不是你在移植過程中哪裡寫錯了。

這裡寫圖片描述

然後我們需要生成一個地址設定在0x0800_c000後的測試程式，就先編寫一個 Blink LED 的程式吧，生成bin、hex或S19檔案。然後我們開啟DfuSe軟體的Dfu file manager來生成DFU軟體用的.dfu格式的檔案。選擇第一項，第二個是用來將.dfu反向變換回來的。大概的操作已經標在圖片上了，操作比較簡單就不做詳細介紹了，記得把Address的地址改到偏移後的地址上否則下載會出錯，其他引數可以不用修改。

這裡寫圖片描述

然後我們開啟DfuSe程式，在Upgrade中選擇生成好的blink.dfu檔案，勾選校驗功能，下載程式。成功後復位微控制器，LED開始閃爍，移植成功。

這裡寫圖片描述

更多

仔細區看看DfuSe的安裝目錄，裡面有DFU的資料文件，還有DFU的工程原始碼，可以用來改寫自己需要的DFU升級程式。

參考資料

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