STM32 IAP應(yīng)用開發(fā)——通過內(nèi)置DFU實現(xiàn)USB升級（方式1）

什么是IAP？

IAP（In-Application Programming） 指MCU可以在系統(tǒng)中獲取新代碼并對自己重新編程，即可用程序來改變程序。在應(yīng)用編程（IAP）是用戶的應(yīng)用代碼對片內(nèi)Flash存儲器進行擦除/編程的方法。這種方式的典型應(yīng)用就是用一小段代碼來實現(xiàn)程序的下載，實際上單片機的ISP功能就是通過IAP技術(shù)來實現(xiàn)的，即片子在出廠前就已經(jīng)有一段小的boot程序在里面，片子上電后，開始運行這段程序，當檢測到上位機有下載要求時，便和上位機通信，然后下載數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)存儲區(qū)，從而實現(xiàn)固件升級。

什么是BootLoader？

百度百科：在嵌入式操作系統(tǒng)中，BootLoader是在操作系統(tǒng)內(nèi)核運行之前運行?？梢猿跏蓟?a class="article-link" target="_blank" href="/tag/%E7%A1%AC%E4%BB%B6/">硬件設(shè)備、建立內(nèi)存空間映射圖，從而將系統(tǒng)的軟硬件環(huán)境帶到一個合適狀態(tài)，以便為最終調(diào)用操作系統(tǒng)內(nèi)核準備好正確的環(huán)境。在嵌入式系統(tǒng)中，通常并沒有像BIOS那樣的固件程序（注，有的嵌入式CPU也會內(nèi)嵌一段短小的啟動程序），因此整個系統(tǒng)的加載啟動任務(wù)就完全由BootLoader來完成。

實際上，BootLoader不僅僅在操作系統(tǒng)上使用，在一些內(nèi)存小，功能應(yīng)用較為簡單的單片機設(shè)備上面也可以通過BootLoader來完成固件升級。

什么是DFU？

DFU全稱為Download Firmware Update，是ST官方推出的一個通過USB接口進行IAP升級的方案，同串口ISP一樣，他們都集成在了芯片內(nèi)部的Bootloader區(qū)段，可以通過配置boot引腳來啟動。

不過STM32內(nèi)置DFU的型號都比較新，像STM32F4系列是有的，但是像F0和F1系列則沒有，不過沒有關(guān)系，如果你用的型號沒有內(nèi)置DFU程序，也可以通過CubeMX來快速生成和移植一個DFU功能程序到你的Flash中來使用。

使用DFU的優(yōu)缺點？

使用DFU的好處是不用自己制作Bootloader，因為這部分代碼在STM32出廠之前就已經(jīng)做好并且燒錄進去了，而且不占用用戶代碼的Flash，另外，在PC端我們也不需要專門定制一個上位機，因為官方就有專門的升級Tool以及USB驅(qū)動。

缺點是要改變boot引腳的電平，才能啟動Bootloader，這樣的話在應(yīng)用場景上就有比較大的限制了。

所以，要根據(jù)項目的實際需求去選擇合適的方案。

我之前也有發(fā)過一些關(guān)于STM32遠程升級的文章，實現(xiàn)的方式有很多種，感興趣的同學(xué)可以去看一下。

STM32固件升級系列合集：https://blog.csdn.net/ShenZhen_zixian/article/details/129074047

1 硬件介紹

我這里測試用的是STM32F407。

注意：F0和F1系列是沒有內(nèi)置DFU的。

用到的硬件接口如下：

BOOT引腳配置對應(yīng)如下圖：

1）主Flash

主Flash起始地址為0x08000000，它指的是STM32內(nèi)置的Flash，通常我們燒錄的代碼就是存放在這個位置。

2）系統(tǒng)存儲器

系統(tǒng)存儲器起始地址為0x1FFF0000，這種模式啟動的程序功能是由芯片廠家設(shè)置的，STM32在出廠時會這個區(qū)域內(nèi)置一段BootLoader， 也就是我們常說的ISP程序， 這是一塊ROM，出廠后無法修改。我們要使用的DFU就是放在這里。

3）嵌入式SRAM

嵌入式SRAM起始地址為0x20000000，既然是SRAM，自然也就沒有程序存儲的能力了，這個模式一般用于程序調(diào)試。假如我只修改了代碼中一個小小的 地方，然后就需要重新擦除整個Flash，比較的費時，可以考慮從這個模式啟動代碼（也就是STM32的內(nèi)存中），用于快速的程序調(diào)試，等程序調(diào)試完成后，在將程序下載到SRAM中。

2 環(huán)境搭建

2.1 Keil uVsion

關(guān)于STM32以及Keil的環(huán)境這里就不具體介紹了，網(wǎng)上教程也很多，不懂的同學(xué)自行查閱資料。環(huán)境搭建好之后需要準備一個能夠正常運行的代碼，用來測試我們后面的固件升級。

2.2 STM32CubeProgrammer

這個工具是用來燒錄代碼的，可以通過ST-Link、UART和USB下載。其中USB下載就是我們今天要講的DFU模式。

STM32CubeProgrammer官方下載地址：https://www.st.com/en/development-tools/stm32cubeprog.html

根據(jù)自己的操作系統(tǒng)下載對應(yīng)的安裝包，然后直接安裝即可。

提示：默認地址C:Program FilesSTM32CubeSTM32CubeProgrammerbin，如果安裝完找不到應(yīng)用程序的話可以在這個路徑找到。

2.3 zadig

zadig是用來安裝一個USB驅(qū)動的，只有安裝好這個驅(qū)動，后面的升級流程才能正常進行，不然識別不到STM32的USB DFU模式。

這里先下載好軟件，后面我們用到再安裝。

下載地址請自行查閱，或者在我上傳的鏈接下載也行。

zadig：https://download.csdn.net/download/ShenZhen_zixian/87570348

注：本文測試的時候，用的是v2.7.7版本。

2.4 檢查USB驅(qū)動

1、讓STM32進入系統(tǒng)存儲器啟動模式

也就是配置BOOT0引腳拉高，BOOT1引腳拉低。

提示：BOOT引腳的狀態(tài)要在MCU啟動之前配置好才能進入對應(yīng)的模式，可以先配置BOOT引腳再上電，也可以在配置好BOOT引腳之后復(fù)位MCU。

2、檢查和安裝USB驅(qū)動

把STM32的USB連接到PC端，然后打開設(shè)備管理器，查看USB設(shè)備的情況?？赡軙霈F(xiàn)以下幾種情況。

1）能看到下圖這個STM32 BOOTLOADER設(shè)備，并且沒有黃嘆號，說明驅(qū)動已經(jīng)是安裝好了的，可以直接跳到后面第3點了。

提示：因為前面安裝STM32CubeProgrammer時會提示安裝驅(qū)動，如果安裝了，這時USB驅(qū)動可能就已經(jīng)裝好了。

2）能看到下圖這個STM32 BOOTLOADER設(shè)備，但是有黃嘆號，說明驅(qū)動異常，需要用zadig重新安裝。

打開前面下載好的zadig，點擊Install WCID Driver安裝即可。

等待安裝完成。

安裝完成后可以在zadig上看到設(shè)備，打開設(shè)備管理器，也能看到一個沒有黃嘆號的STM32 BOOTLOADER設(shè)備。

3）能看到下圖這個STM Device in DFU Mode設(shè)備，但沒有STM32 BOOTLOADER設(shè)備，需要用zadig重新安裝。

先卸載掉STM Device in DFU Mode設(shè)備。然后重新插拔USB線，之后會看到一個帶黃色感嘆號的STM32 BOOTLOADER設(shè)備。此時再按照前面的第2步操作即可。

不管是哪種情況，如果前面的驅(qū)動安裝沒有問題，連接上電腦之后可以在設(shè)備管理器也能看到一個STM BOOTLOADER設(shè)備，而且是沒有黃色感嘆號的。這樣驅(qū)動就是OK的了。

3、打開STM32CubeProgrammer

如果驅(qū)動和接線都沒問題，那么在STM32CubeProgrammer可以看到檢測到STM32設(shè)備。

提示：如果沒有找到設(shè)備，請檢查前面的步驟。

至此，環(huán)境部分就搭建完成了。

3 固件升級

1、連接USB

把STM32的USB接入到PC端。

在STM32CubeProgrammer上連接設(shè)備。此時能讀取到芯片的Flash。

注意讀取的地址和長度，STM32的地址都是以0x08000000開始的，讀取的長度就無所謂了，看你自己的需要。

2、導(dǎo)入hex或bin文件

打開要升級的固件（hex或bin都可以）。

打開后能看到固件存儲的數(shù)據(jù)。

3、下載固件

點擊“Download”，下載固件到STM32.

4、重啟設(shè)備

升級完成后將BOOT模式要改成主Flash模式（BOOT0引腳拉低），然后重新上電或復(fù)位，即可運行新版本的代碼。

至此，整個升級流程就走完了。

結(jié)束語

好了，關(guān)于如何通過STM32內(nèi)置DFU實現(xiàn)USB升級就講到這里，這種方式雖然限制較多，但在某些應(yīng)用場景是很方便的，比如SB鍵盤，不需要自己編寫B(tài)ootloader和上位機就可以實現(xiàn)固件升級，而且官方的升級渠道還穩(wěn)定。其他應(yīng)用場景就再另說，合適的才是最好的。

如果你有什么問題或者有更好的方法，歡迎在評論區(qū)留言。