MCU软件重启升级实现

logicsoft 2023-08-16 发布于浙江

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摘要

在消费电子产品领域，开机方案通常是由用户手动按键上电，而后芯片初始化，将自身供电极拉高，完成启动。那么由此带来的一个问题就是：当硬件复位或系统复位时，同时也会复位供电极，因此芯片也会断电，无法实现再上电重启。

基于该一情况，本文提出了两种解决方案，分别为内核复位和主动跳转至bootloader复位，这两种方案不会影响外围电路，即供电极不会被复位，使得系统可以完成自动升级重启。

此外，本文同样适用的产品方案设计对象：允许复位，但对外设又有特殊要求：某一个IO状态不能因为复位而改变，某一个定时器计数值不能改变等。

一、绪论

（1）概述

在消费电子产品的OTA升级过程中，产品是不插电工作的，当产品跟蓝牙完成升级文件包交互后，此时可以选择两种方式完成升级：

（2）方案优缺点比较

二、MCU启动流程回顾

芯片初始上电时，SYSCLK的第4个上升沿，BOOT引脚的值将被锁存，从flash启动方式确定，arm内核将0x0800 0000地址映射到0x0000 0000中，代码区从0x0000 0000开始执行。

（1）裸机启动流程

初始化栈顶指针——从0x0800 0000读取栈顶地址，并将该地址存入MSP中；

跳转至复位中断（Reset_Handler（void））——从0x0800 0004读取中断向量表的首地址（即复位中断入口地址），跳转执行

系统时钟设置（在复位中断程序内被调用）

跳转至标准库_main()程序

数据段加载：把RW段（初始化为非0值的全局变量）从Flash搬运到SRAM中

开辟堆栈：依照启动文件所设置的堆栈大小初始化堆栈区域；

ARMCC $Sub$$main\GNUC entry(void)——操作系统在此处开始执行初始化启动

进入C文件中的main函数

（2）带操作系统启动流程

操作系统初始化所做工作如下图所示，仅作参考

三、MCU复位方法概述

系统复位

整个芯片的所有电路都会被复位，包括ARM内核、芯片外设等

内核复位

只复位内核——（CPU寄存器、特殊功能寄存器、NVIC、Systick、Debug、内存接口等），不影响外设电路变化

主动跳转复位

在app段设置MSP为bootloader段的栈顶指针，然后跳转至0x0800 0004所指向的复位中断程序入口，执行流程参考裸机启动流程。

在该复位模式下，CPU寄存器、NVIC向量中断等变量由用户根据实际需要自行设置。

四、MCU重启方案实现

裸机环境或操作系统环境下的重启方案，并无不同。

裸机一般工作在线程模式下，全程使用主堆栈指针MSP

操作系统在中断时使用MSP，线程状态下使用PSP

（1）当内核复位时，除了外设电路外的内核参数均被复位，此时操作系统与裸机环境一致；

（2）当跳转复位时，操作系统一般处于线程模式，使用PSP；裸机使用MSP

此前由用户手动禁用中断，当主动跳入到0x0800 0004指向的复位中断时，cortex-m内核自动使用MSP，此时操作系统与裸机环境一致。

以下代码方案，仅作参考

（1）内核复位

// 适用M3、M4内核
__asm void RESET_ASM(void)
{LDR R0, =0xE000ED0CLDR R1, =0x05FA0001     STR R1, [R0]
}// 调用该函数实现内核复位
void kernel_reset(void)
{// 设置或延长看门狗时间RESET_ASM();while(1);
}

（2）跳转复位

__asm void MSR_MSP(u32 addr)
{MSR MSP, r0             //set Main Stack valueBX r14
}void app_jump2_bootloader(void)
{//设置或延长看门狗u32 bootxaddr = 0x08000000;if(((*(vu32*)bootxaddr)&0x2FFE0000)==0x20000000) //检查栈顶地址是否合法{__disable_irq();        //关闭中断SysTick->CTRL = 0;SysTick->LOAD = 0;SysTick->VAL = 0;       //重置Systickfor (int i = 0; i < 8; i++)    //重置中断控制器{NVIC->ICER[i] = 0xFFFFFFFF;NVIC->ICPR[i] = 0xFFFFFFFF;}RCC_DeInit();                    //复位时钟SCB->VTOR  = (0x08000000);       //设置中断向量偏移//__set_CONTROL(0);//__set_PSP(*(volatile unsigned int*) bootxaddr);//代码区第二个字为程序开始地址(复位中断地址)jump2bootloader=(otafun)*(vu32*)(bootxaddr+4); //设置主堆栈MSP为boot栈顶地址MSR_MSP(*(vu32*)bootxaddr); jump2bootloader();                        //跳转到bootloader.}
}

五、实验结果与分析

（1）实验方法：

使用直流电源代替锂电池

实验设备：NeckD5

在SecureCRT串口调试环境下使用VBScript脚本进行自动升级，循环执行以下操作

系统上电工作——bootloader->app->读取flag为真->开始工作

random(20, 300)随机工作20-300s后发送重启命令（内核复位、跳转复位、随机内核/跳转复位），并写重启flag

复位次数+1，打印至桌面

系统重启

（2）实验结果

复位方法	工作环境	软件环境	复位次数/次	持续时间	最终结果
内核复位	DC供电	操作系统	1000	24h	pass
跳转复位	DC供电	操作系统	1000		pass
内核复位、跳转复位	DC供电	操作系统	1000		pass

结论：多次重复执行复位重启，系统并无卡顿、死机等不良现象发生，证明该代码方案切实可行。

六、调试问题回顾及总结

（1）对bootloader工程以及app工程的环境配置有何要求？

boot以及app的开发环境尽可能保持一致，包括using microlib、Optimization等框选项的选择应同步设置，否则有可能导致无法正常升级跳转。

以下为是否勾选using microlib执行的mcu堆栈开辟方式，设计者须充分考虑代码方案差异可能带来的后果，并进行可行性验证

;*******************************************************************************
; User Stack and Heap initialization
;*******************************************************************************IF      :DEF:__MICROLIBEXPORT  __initial_spEXPORT  __heap_baseEXPORT  __heap_limitELSEIMPORT  __use_two_region_memoryEXPORT  __user_initial_stackheap

（2）为什么跳转后会触发HardFault异常？

有如下原因：跳转前未关中断；中断控制器标志数据未清零；中断向量偏移值未更改为目标工程的偏移。

（3）