CRC校验原理及STM32 IAP在线升级程序
CRC校驗原理：
什么是CRC校驗？
CRC即循環冗余校驗碼：是數據通信領域中最常用的一種查錯校驗碼，其特征是信息字段和校驗字段的長度可以任意選定。循環冗余檢查（CRC）是一種數據傳輸檢錯功能，對數據進行多項式計算，并將得到的結果附在幀的后面，接收設備也執行類似的算法，以保證數據傳輸的正確性和完整性。
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CRC校驗原理：
其根本思想就是先在要發送的幀后面附加一個數（這個就是用來校驗的校驗碼，但要注意，這里的數也是二進制序列的，下同），生成一個新幀發送給接收端。當然，這個附加的數不是隨意的，它要使所生成的新幀能與發送端和接收端共同選定的某個特定數整除（注意，這里不是直接采用二進制除法，而是采用一種稱之為“模2除法”）。到達接收端后，再把接收到的新幀除以（同樣采用“模2除法”）這個選定的除數。因為在發送端發送數據幀之前就已通過附加一個數，做了“去余”處理（也就已經能整除了），所以結果應該是沒有余數。如果有余數，則表明該幀在傳輸過程中出現了差錯。
模2除法：
模2除法與算術除法類似，但每一位除的結果不影響其它位，即不向上一位借位，所以實際上就是異或。在循環冗余校驗碼（CRC）的計算中有應用到模2除法。如：
CRC校驗步驟：
CRC校驗中有兩個關鍵點，一是預先確定一個發送送端和接收端都用來作為除數的二進制比特串（或多項式），可以隨機選擇，也可以使用國際標準，但是最高位和最低位必須為1；二是把原始幀與上面計算出的除數進行模2除法運算，計算出CRC碼。
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具體步驟：
1. 選擇合適的除數
2. 看選定除數的二進制位數，然后再要發送的數據幀上面加上這個位數-1位的0，然后用新生成的幀以模2除法的方式除上面的除數，得到的余數就是該幀的CRC校驗碼。注意，余數的位數一定只比除數位數少一位，也就是CRC校驗碼位數比除數位數少一位，如果前面位是0也不能省略。
3. 將計算出來的CRC校驗碼附加在原數據幀后面，構建成一個新的數據幀進行發送；最后接收端在以模2除法方式除以前面選擇的除數，如果沒有余數，則說明數據幀在傳輸的過程中沒有出錯。
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CRC校驗碼計算示例：
現假設選擇的CRC生成多項式為G（X）?= X4?+ X3?+ 1，要求出二進制序列10110011的CRC校驗碼。下面是具體的計算過程：
①將多項式轉化為二進制序列，由G（X）?= X4?+ X3?+ 1可知二進制一種有五位，第4位、第三位和第零位分別為1，則序列為11001
②多項式的位數位5，則在數據幀的后面加上5-1位0，數據幀變為101100110000，然后使用模2除法除以除數11001，得到余數。
③將計算出來的CRC校驗碼添加在原始幀的后面，真正的數據幀為101100110100，再把這個數據幀發送到接收端。
④接收端收到數據幀后，用上面選定的除數，用模2除法除去，驗證余數是否為0，如果為0，則說明數據幀沒有出錯。
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STM32 IAP在線升級步驟：
首先談談stm32的ISP和IAP區別和聯系。
ISP（In-System Programming）在系統可編程，指電路板上的空白器件可以編程寫入最終用戶代碼， 而不需要從電路板上取下器件，已經編程的器件也可以用ISP方式擦除或再編程。IAP（In-Application Programming） 指MCU可以在系統中獲取新代碼并對自己重新編程，即可用程序來改變程序。ISP和IAP技術是未來儀器儀表的發展方向。
??1??ISP和IAP的工作原理
??ISP的實現相對要簡單一些，一般通用做法是內部的存儲器可以由上位機的軟件通過串口來進行改寫。對于單片機來講可以通過SPI或其它的串行接口接收上位機傳來的數據并寫入存儲器中。所以即使我們將芯片焊接在電路板上，只要留出和上位機接口的這個串口，就可以實現芯片內部存儲器的改寫，而無須再取下芯片。?
??IAP的實現相對要復雜一些，在實現IAP功能時， 單片機內部一定要有兩塊存儲區，一般一塊被稱為BOOT區，另外一塊被稱為存儲區。單片機上電運行在BOOT區，如果有外部改寫程序的條件滿足，則對存儲區的程序進行改寫操作。如果外部改寫程序的條件不滿足，程序指針跳到存儲區，開始執行放在存儲區的程序，這樣便實現了IAP功能。?
??2 ISP和IAP的優點?
??ISP技術的優勢是不需要編程器就可以進行單片機的實驗和開發，單片機芯片可以直接焊接到電路板上，調試結束即成成品，免去了調試時由于頻繁地插入取出芯片對芯片和電路板帶來的不便。?
??IAP技術是從結構上將Flash存儲器映射為兩個存儲體，當運行一個存儲體上的用戶程序時，可對另一個存儲體重新編程，之后將程序從一個存儲體轉向另一個。?
??ISP的實現一般需要很少的外部電路輔助實現， 而IAP的實現更加靈活，通常可利用單片機的串行口接到計算機的RS232口，通過專門設計的固件程序來編程內部存儲器，可以通過現有的INTERNET或其它通訊方式很方便地實現遠程升級和維護。
IAP的編寫流程
設計思想
? ?? ???由Bootloader負責檢測SD卡中是否有固件更新所需的BIN文件。如果檢測到所需要的BIN文件，則開始復制文件更新固件。更新結束后跳轉到指定的地址開始執行最新的程序。
知識要點
STM32內部FLASH的起始地址為0X08000000,Bootloader程序文件就從此地址開始寫入，存放APP程序的首地址設置在緊跟Bootloader之后。當程序開始執行時，首先運行的是Bootloader程序，此時Bootloader檢測SD卡中的BIN文件并將其復制到APP區域使固件得以更新,固件更新結束后還需要跳轉到APP程序開始執行新的程序,完成這最后這一步要了解Cortex-M3的中斷向量表：
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程序啟動后，將首先從“中斷向量表”取出復位中斷向量執行復位中斷程序完成啟動，當復位中斷程序運行完成后才跳轉到main函數。由此可見，在最后一步的設計中需要根據存放APP程序的起始地址以及中斷向量表來設置棧頂地址，并獲取復位中斷地址跳轉到復位中斷程序。接下來開始分析程序設計步驟。
Bootloader程序設計
1.確定存放APP程序的首地址
#define FLASH_APP_ADDR 0x08010000 //應用程序起始地址(存放在FLASH)上一句代碼中是0X08010000可以看出，留給Bootloader程序的存儲空間大小為64K。存放APP程序的起始地址為0X08010000。
2.Bootloader檢測是否有BIN文件
gCheckFat = f_open(&FP_Struct,"/APP/LIKLON.BIN",FA_READ);//判讀gCheckFat確定上面的代碼是檢測是否存在liklon.bin這個文件存在，其中liklon.bin文件就是固件升級所需要的BIN文件。
3.復制文件到指定地址
上一步中如果gCheckFat為0則表示存在所需BIN文件，則可以執行這一步。f_read (&FP_Struct,ReadAppBuffer,512,(UINT *)&ReadNum); //讀取512個字節將512個字節轉換為256個16位的數據存放在ChangeBuffer數組中，準備寫入FLASH。FlashWrite(FLASH_APP_ADDR + i * 512,ChangeBuffer,256); //向指定地址寫入讀出數據向APP程序區寫入512個字節的數據。按照這樣讀取寫入，就可以完成對APP程序區的更新。
4.跳轉到新程序運行
更新完程序后就需要跳轉到新程序開始運行，具體實現看下面代碼：
typedef void (*iapfun)(void); //定義一個函數類型的參數
iapfun jump2app;
__asm void MSR_MSP(u32 addr) //設置堆棧指針
{
? ?? ? MSR MSP, r0
? ?? ? BX r14
}
//跳轉到應用程序段
//appxaddr:用戶代碼起始地址.
void iap_load_app(u32 appxaddr)
{
? ?? ? if(((*(vu32*)appxaddr)&0x2FFE0000)==0x20000000) //檢查棧頂地址是否合法.
? ?? ? {
? ?? ?? ?? ? jump2app = (iapfun)*(vu32*)(appxaddr+4);//用戶代碼區第二個字為程序開始地址(復位地址)，此處查看中斷向量表可知
? ?? ?? ?? ? MSR_MSP(*(vu32*)appxaddr);//初始化APP堆棧指針(用戶代碼區的第一個字用于存放棧頂地址)
? ?? ?? ?? ? jump2app(); //跳轉到APP，執行復位中斷程序
? ?? ? }
}
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APP程序設計注意
1.編譯軟件需要做出設置：
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在Bootloader程序中已經指定了APP程序存儲的起始地址為0x08010000,所以在APP程序設計時需要將編譯軟件這里做出設置，修改起始地址和大小。
2.修改system_stm32f10x.c文件
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同樣是針對于APP的起始地址改變而修改這里的偏移量，如上圖所示。
文中只是簡單的介紹了關于Bootloader程序的設計，作為拋磚引玉，大家可以繼續深入，添加數據校驗和程序加密等。
///跳轉函數具體說明
1、函數原型：
void Jump_Address(void)
{
if (((*(volatile u32*)ApplicationAddress) & 0x2FFE0000 ) == 0x20000000)
{
test = (*(volatile u32*)ApplicationAddress);
JumpAddress = *(volatile u32*) (ApplicationAddress + 4);
Jump_To_Application = (pFunction) JumpAddress;
__set_MSP(*(volatile u32*) ApplicationAddress);
? ?? ?? ?? ?? ? Jump_To_Application();
}
}
2、if (((*(volatile u32*)ApplicationAddress) & 0x2FFE0000 ) == 0x20000000)分析：
ApplicationAddress存放的是用戶程序Flash的首地址，(*(volatile u32*)ApplicationAddress)的意思是取用戶程序首地址里面的數據，這個數據就是用戶代碼的堆棧地址，堆棧地址指向RAM，而RAM的起始地址是0x20000000，因此上面的判斷語句執行：判斷用戶代碼的堆棧地址是否落在:0x20000000~0x2001ffff區間中，這個區間的大小為128K，筆者查閱STM32各型號的RAM大小，目前RAM最大的容量可以做到192K+4K，時鐘頻率為168MHZ。一般情況下，我們使用的芯片較多的落在<128K RAM的區間，因此上面的判斷語句是沒有太大問題的。
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3、經過2的分析，test保存的就是堆棧地址（并且是應用程序堆棧的棧頂地址），查看STM32的向量表，可以知道：棧頂地址 + 4 存放的是復位地址，因此JumpAddress存放的是復位地址。
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4、調用__set_MSP函數后，將把用戶代碼的棧頂地址設為棧頂指針
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5、Jump_To_Application();的意思就是設置PC指針為復位地址。
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CORTEX-M3上電后后檢測BOOT引腳的電平來決定PC的位置。例：BOOT設置為FLASH啟動，啟動后CPU會先取兩個地址：一個是棧頂地址，另一個是復位地址。因此才有了第4、第5點的寫法。
一般的我們可以：
將??flash??分成四個區域? ?地址區域由低到高??
最低地址的
1號區域放bootloader程序??的地址區間
2號區域flash放一個存放操作標志數的區間
3號區域app1的地址區間
4號區域app2的地址區間
每回主控上電或者復位
??先去讀取2號區域的數值??
? ???假設如果區域2 的 flash的標志數讀回來是
? ?? ?? ?1跳轉運行3號區域app1的程序? ?? ?? ?? ?? ?運行app1的時候如果檢測到升級操作指示
? ?? ?? ?? ?? ?? ? 寫2號區域flash標志數4??軟后軟件復位單片機
? ?? ?? ?? ?? ?沒有升級指示??正常運行app1
? ?? ?? ?2跳轉運行4號區域app2的程序
? ?? ?? ?? ?? ?運行app2的時候如果檢測到升級操作指示
? ?? ?? ?? ?? ?? ? 寫2號區域flash標志數3??軟后軟件復位單片機
? ?? ?? ?? ?? ?沒有升級指示??正常運行app2
? ?? ?? ?3執行bootloader升級app1區域
? ?? ?? ?? ?? ???刷寫完程序以后并校驗該程序區域
? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?如果校驗正確? ?寫區域2flash的標志數為 1 軟后軟件復位單片機
? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?如果校驗錯誤? ?寫區域2flash的標志數為 2 軟后軟件復位單片機
? ?? ?? ?4執行bootloader升級app2區域
? ?? ?? ?? ?? ? 刷寫完程序以后并校驗該程序區域
? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?如果校驗正確? ?寫區域2flash的標志數為 2 軟后軟件復位單片機
? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?如果校驗錯誤? ?寫區域2flash的標志數為 1 軟后軟件復位單片機
以上就是我的升級思路
但是這里要考慮到程序運行錯誤的情況? ?就是硬件錯誤??跑飛
我都會在有可能出現錯誤時掉進的while里
寫一段軟件復位程序
這段錯誤處理程序可以這么寫
先讀取??區域2flash的標志數
看看現在運行出錯的app是哪個區域的
如果是區域3的app1那么就把區域2的flash標志數寫為2??然后軟件復位??這樣復位以后運行的就是app2了
如果是區域4的app2那么就把區域2的flash標志數寫為1??然后軟件復位??這樣復位以后運行的就是app1了
總結
以上是生活随笔為你收集整理的CRC校验原理及STM32 IAP在线升级程序的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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