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【OTA专题】3.实现简单的boot和APP程序逻辑

news 2025/10/3 9:02:15

目标：

1.实现Boot跳转App过程

2.学习代码跳转原理

实现步骤:

第一步:代码分区

第二步：跳转代码

Boot：

APP:

拓展：

1.这里为什么要屏蔽中断后重新设置向量表？

1. __disable_irq()：保证跳转过程的 “原子性”

2. NVIC_SetVectorTable(NVIC_VectTab_FLASH, 0x8000)：保证 APP 中断响应的 “正确性”

2.bootloader size比较大怎么办

可能原因

应对方法

(1)精简功能

(2)分层设计

(3)优化体积

(4)调整内存分区

3.为什么跳转前后用串口可以打印,RTT打印不了?

目标：

1.实现Boot跳转App过程

2.学习代码跳转原理

实现步骤:

第一步:代码分区

前期就需要规定好Bootloader的资源占用空间。

Stm32F411Ceu6(512K flash)

分配:

Boot(分配32K)

APP(暂停其余Flash区域均为App)

Stm32F411Flash资源分配:

第二步：跳转代码

参考文章：

STM32单片机实现Bootloader跳转的关键步骤：zhuanlan.zhihu.com

Boot：

Boot_Manager.c

#include "Boot_Manager.h"
#include "main.h"void jump_to_app(void)
{uint32_t JumpAddress;pFunction Jump_To_Application;/* 检查栈顶地址是否合法 */if(((*(__IO uint32_t *)APP_FLASH_ADDR) & 0x2FFE0000) == 0x20000000){/* 屏蔽所有中断，防止在跳转过程中，中断干扰出现异常 */__disable_irq();NVIC_SetVectorTable(NVIC_VectTab_FLASH,0x10000);RCC_DeInit();/* 用户代码区第二个 字 为程序开始地址(复位地址) */JumpAddress = *(__IO uint32_t *) (APP_FLASH_ADDR + 4);/* Initialize user application's Stack Pointer *//* 初始化APP堆栈指针(用户代码区的第一个字用于存放栈顶地址) */__set_MSP(*(__IO uint32_t *) APP_FLASH_ADDR);/* 类型转换 */Jump_To_Application = (pFunction) JumpAddress;/* 跳转到 APP */Jump_To_Application();}
}

Boot_Manager.h

#include "Boot_Manager.h"
#include "main.h"void jump_to_app(void)
{uint32_t JumpAddress;pFunction Jump_To_Application;/* 检查栈顶地址是否合法 */if(((*(__IO uint32_t *)APP_FLASH_ADDR) & 0x2FFE0000) == 0x20000000){/* 屏蔽所有中断，防止在跳转过程中，中断干扰出现异常 */__disable_irq();NVIC_SetVectorTable(NVIC_VectTab_FLASH,0x8000);RCC_DeInit();/* 用户代码区第二个 字 为程序开始地址(复位地址) */JumpAddress = *(__IO uint32_t *) (APP_FLASH_ADDR + 4);/* Initialize user application's Stack Pointer *//* 初始化APP堆栈指针(用户代码区的第一个字用于存放栈顶地址) */__set_MSP(*(__IO uint32_t *) APP_FLASH_ADDR);/* 类型转换 */Jump_To_Application = (pFunction) JumpAddress;/* 跳转到 APP */Jump_To_Application();}
}

main.c

要恢复定时器默认中断，不然会卡在定时器相关中断里；

APP:

使用cubemx生成：

生成工程后，编译，LED被成功点亮

然后在keil中设置app的起始地址

main中进行相关的地址偏移

拓展：

1.这里为什么要屏蔽中断后重新设置向量表？

1. `__disable_irq()`：保证跳转过程的 “原子性”

中断的本质是 “异步事件”，若跳转过程中触发中断，CPU 会去执行当前向量表中注册的中断服务函数（此时还是 Bootloader 的中断函数）。

1. 中断服务函数（ISR）依赖 “当前程序的运行环境”

中断服务函数（比如定时器中断、串口中断的处理函数）不是 “独立存在” 的，它需要依赖当前程序的 “运行上下文”，包括：

全局变量与数据结构：ISR 可能操作 Bootloader 自己的全局变量（如 “接收缓冲区”“状态标志”）。
栈空间：ISR 执行时，会把 CPU 寄存器压入当前程序的栈（Bootloader 有自己的栈，APP 也有自己的栈）。
外设配置：ISR 可能基于 Bootloader 对硬件的配置（如 UART 波特率、定时器分频系数）执行逻辑。

2. 跳转时若被中断打断，会出现 “环境不兼容”

当 Bootloader 执行Jump_To_Application()跳转时，APP 的运行环境已经开始初始化（比如栈指针已切换为 APP 的栈顶、内存布局已变为 APP 的全局变量），但中断向量表还没完全切换到 APP 的（或 APP 的中断逻辑还没初始化）。此时如果发生中断：

CPU 会根据Bootloader 的中断向量表，执行Bootloader 的 ISR。
但 Bootloader 的 ISR 是为 “Bootloader 的运行环境” 设计的：
- 它会操作Bootloader 的全局变量，但这些变量的地址可能已被 APP 的变量覆盖，导致数据混乱；
- 它会使用APP 的栈（因为栈指针已被__set_MSP切换），但 Bootloader 的 ISR 对栈的操作逻辑（如局部变量大小、压栈深度）和 APP 的栈不匹配，可能导致栈溢出、破坏 APP 的栈数据；
- 它会按照Bootloader 的外设配置操作硬件，但 APP 可能需要不同的外设配置，导致硬件行为异常。

举个直观的例子

假设：

Bootloader 用 UART1 接收 “固件升级数据”，中断服务函数会把数据存到bootloader_rx_buf（地址0x20001000）。
跳转到 APP 后，APP 用 UART1 接收 “用户指令”，数据要存到app_rx_buf（地址0x20002000），且已将 UART1 波特率改为另一值。

若跳转时 UART1 触发中断：

CPU 执行Bootloader 的 UART ISR，它会往bootloader_rx_buf（0x20001000）写数据，但此时0x20001000可能已经是 APP 的某个变量，数据被错误覆盖；
同时，ISR 基于 Bootloader 的 UART 波特率处理数据，而实际硬件波特率已被 APP 修改，导致数据解析错误。
因此，__disable_irq()屏蔽所有全局中断，确保跳转过程 “一气呵成”，不会被任何异步事件干扰。

2. `NVIC_SetVectorTable(NVIC_VectTab_FLASH, 0x8000)`：保证 APP 中断响应的 “正确性”

STM32 的中断向量表默认位于Flash 起始地址（如0x08000000），但如果 APP 不是从 Flash 起始地址启动（比如代码中 APP 的起始地址是APP_FLASH_ADDR，这里通过0x8000偏移指定 APP 的向量表位置），则需要重新配置向量表的基地址。
该函数的作用是告诉 CPU：“后续中断发生时，去Flash基地址 + 0x8000这个位置找中断向量表”（也就是 APP 自己的向量表）。
若不重新设置，CPU 会继续使用 Bootloader 的向量表，导致 APP 的中断（如定时器中断、串口中断）无法找到正确的服务函数，进而引发异常。

这两步操作是 Bootloader 向 APP “交接控制权” 的关键保障：

屏蔽中断 → 确保跳转过程不被干扰；
重设向量表 → 确保APP 运行后中断能正确响应。

2.bootloader size比较大怎么办

可能原因

Bootloader 本质上就是负责 上电初始化+应用加载+升级机制。理论上它应该非常小(几KB到几十KB)。如果bootloader过大,通常有这些原因:

■ 功能加太多(UI、协议栈、复杂的文件系统等被塞进bootloader)。

■ 没有区分清楚 bootloader和application 的边界。

■ 链接脚本/工程配置不合理,把一些本该属于应用的代码/库链接进bootloader了。

■ 没有优化(比如没开编译优化、没裁剪库函数)。

应对方法

(1)精简功能

只保留必须的功能:时钟初始化、Flash/IAP、通信接口(UART、USB、CAN、BLE等)。
把升级后的协议解析、UI、业务逻辑放到application,不要留在bootloader。

(2)分层设计

Bootloader 只实现最小升级能力,例如UART收发bin文件。
如果需要更复杂的升级协议(如OTA、加密校验),可以采用两级 Bootloader:
- Stage 1(Primary Bootloader):很小,放在固定地址(几十KB)
- Stage 2(Secondary Bootloader):放在Flash应用区的一部分,负责复杂升级。