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HAL库通过USB Boot进行APP程序升级

news 2025/7/13 14:52:54

硬件：stm32f407VET6芯片；

软件：STM32CubeMx、Keil5

上位机：Dfuse DemoV3.06

这里给出通过在Bootlaoder中使用USB方式来更新APP程序的方法，首先我们编写一个自己的bootloader，关于bootloader的大致原理可以参考我之前的文章HAL库执行bootloader跳转操作：_hal库bootloader-CSDN博客，这里boot升级我采用单APP升级的方式，主要分为三部分讲解：

一、程序配置和Bootlaoder编写；

二、Dfuse DemoV3.06上位机和对应USB驱动安装；

三、使用上位机配合Boot程序进行USB方式的单APP升级；

一、程序配置和Bootlaoder编写

这里我们先打开cubemx配置芯片的USB硬件模式，需要使能USB_OTG_FS，设置如下图，需要注意开启USB的NVIC中断；

使能完USB硬件后，我们还需要配置USB工作在DFU模式，DFU全称为Download Firmware Update，是ST官方推出的一个通过USB接口进行IAP升级的方案，我们就是通过该模式来进行Boot升级，相关配置如下：

需要注意的是下图中关于“USBD_DFU_APP_DEFAULT_ADD(Base_Address)”这里设置的值为我们APP程序的起始地址，这里我将APP程序起始地址设为0x08010000；

将上述程序进行生成，然后在生成的文件中找到usbd_dfu_if.c文件并打开，添加Flash操作相关代码分别是上锁、解锁、擦除、写入、读取、返回Flash操作时间，代码如下：

/* Private functions ---------------------------------------------------------*/
/**
  * @brief  Memory initialization routine.
  * @retval USBD_OK if operation is successful, MAL_FAIL else.
  */
uint16_t MEM_If_Init_FS(void)
{
  /* USER CODE BEGIN 0 */
	HAL_FLASH_Unlock();
  __HAL_FLASH_CLEAR_FLAG(FLASH_FLAG_EOP | FLASH_FLAG_WRPERR | FLASH_FLAG_PGAERR);
  return (USBD_OK);
  /* USER CODE END 0 */
}

/**
  * @brief  De-Initializes Memory
  * @retval USBD_OK if operation is successful, MAL_FAIL else
  */
uint16_t MEM_If_DeInit_FS(void)
{
  /* USER CODE BEGIN 1 */
	HAL_FLASH_Lock();
  return (USBD_OK);
  /* USER CODE END 1 */
}

/**
  * @brief  Erase sector.
  * @param  Add: Address of sector to be erased.
  * @retval 0 if operation is successful, MAL_FAIL else.
  */
uint16_t MEM_If_Erase_FS(uint32_t Add)
{
  /* USER CODE BEGIN 2 */
  UNUSED(Add);
	uint32_t error = 0;
	FLASH_EraseInitTypeDef flash_dat;          //定义一个结构体变量，里面有擦除操作需要定义的变量
	
	HAL_FLASH_Unlock();                                    //第二步：解锁                        
	flash_dat.TypeErase = FLASH_TYPEERASE_SECTORS;         //擦除类型是“Page Erase” 仅删除页面 另外一个参数是全部删除
	flash_dat.Sector = FLASH_SECTOR_5;            //擦除地址对应的页
	flash_dat.NbSectors = 1;                               //一次性擦除1页,可以是任意页
	flash_dat.Banks=FLASH_BANK_1;
	flash_dat.VoltageRange=FLASH_VOLTAGE_RANGE_3;
	HAL_FLASHEx_Erase(&flash_dat,&error);            //第三步：参数写好后调用擦除函数

  return (USBD_OK);
  /* USER CODE END 2 */
}

/**
  * @brief  Memory write routine.
  * @param  src: Pointer to the source buffer. Address to be written to.
  * @param  dest: Pointer to the destination buffer.
  * @param  Len: Number of data to be written (in bytes).
  * @retval USBD_OK if operation is successful, MAL_FAIL else.
  */
uint16_t MEM_If_Write_FS(uint8_t *src, uint8_t *dest, uint32_t Len)
{
  /* USER CODE BEGIN 3 */
  UNUSED(src);
  UNUSED(dest);
  UNUSED(Len);
	uint32_t i = 0;
	for(i=0;i<Len;i+=4)
	{		
		HAL_FLASH_Program(FLASH_TYPEPROGRAM_WORD, (uint32_t)(dest + i), *(uint32_t *)(src + i));
		if(*(uint32_t *)(src + i) != *(uint32_t *)(dest + i))
		{
				/* Flash content doesn't match SRAM content */
				return (USBD_FAIL);
		}
	}
	
  return (USBD_OK);
  /* USER CODE END 3 */
}

/**
  * @brief  Memory read routine.
  * @param  src: Pointer to the source buffer. Address to be written to.
  * @param  dest: Pointer to the destination buffer.
  * @param  Len: Number of data to be read (in bytes).
  * @retval Pointer to the physical address where data should be read.
  */
uint8_t *MEM_If_Read_FS(uint8_t *src, uint8_t *dest, uint32_t Len)
{
  /* Return a valid address to avoid HardFault */
  /* USER CODE BEGIN 4 */
  UNUSED(src);
  UNUSED(dest);
  UNUSED(Len);
	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);
  /* USER CODE END 4 */
}

/**
  * @brief  Get status routine
  * @param  Add: Address to be read from
  * @param  Cmd: Number of data to be read (in bytes)
  * @param  buffer: used for returning the time necessary for a program or an erase operation
  * @retval USBD_OK if operation is successful
  */
uint16_t MEM_If_GetStatus_FS(uint32_t Add, uint8_t Cmd, uint8_t *buffer)
{
  /* USER CODE BEGIN 5 */
  UNUSED(Add);
  UNUSED(buffer);

	uint16_t FLASH_PROGRAM_TIME = 50;
	uint16_t FLASH_ERASE_TIME = 50;

	switch(Cmd)
	{
	case DFU_MEDIA_PROGRAM:
			buffer[1] = (uint8_t)FLASH_PROGRAM_TIME;
			buffer[2] = (uint8_t)(FLASH_PROGRAM_TIME << 8);
			buffer[3] = 0;
			break;
	case DFU_MEDIA_ERASE:
	default:
			buffer[1] = (uint8_t)FLASH_ERASE_TIME;
	}

  return (USBD_OK);
  /* USER CODE END 5 */
}

配置好USB升级方式后，我们就需要编写Boot程序中关于升级的一些判断，这里的判断根据不同的交互方式有所不同，有些使用串口通讯交互，有些使用按键+指示灯/屏幕交互，这里我使用的是按键+屏幕交互，按键接入单片机Wake_Up引脚，Bootloader和APP大体程序执行流程如下：