固件升级中bootloader和app

 前言
    在之前推出的项目中，有很多粉丝私信我，到底什么是bootloader？什么是APP？是手机APP那种吗？有什么用？解决什么问题等等。因此，笔者再发一次详细版。

1.为什么要用固件升级功能？
     我尽量一句话说清楚：目的就是为了产品发布以后想要对产品中的固件程序进行更新，那就需要重新烧录程序，但是产品一般都封装完好，不能拆开进行烧录调试，此时就需要IAP通过预留的通信接口（包括但不仅限于串口、IIC、SPI、CAN等通信方式），将所要更新的程序传入设备，以达到快速更新程序。比如汽车的OTA更新，如果不用OTA更新，只能去线下把汽车拆开再烧程序了，非常麻烦。其中，IAP全称是In Application Programing，即在程序中编程，意思就是说把需要更新的程序传入原来的程序中，原来的程序接收到了更新程序，就跳转到更新程序去执行。

2 .什么是bootloader和APP程序（高频考点）？
         Bootloader叫做引导加载程序。在嵌入式系统上电复位后首先运行引导加载程序，它的功能主要是负责系统的上电自检、必要的硬件初始化、建立储存空间映射，并加载和启动操作系统。Bootloader一般储存在bootROM中，当前使用最多的类型是NOR flash rom，在大多数的嵌入式系统中，flash里边不仅储存了bootloader，还储存了用户程序代码。

Bootloader有两种工作模式，一种是启动加载模式，另一种是下载模式；而提到的固件升级就属于bootloader的下载模式。比如博主的整个烟机项目就是一个巨大的bootloader程序，因为它能接收固件并进行跳转执行。

3.为什么不做一个只有更新功能的bootloader，非要在bootloader里边实现如此多的功能呢？
     因为在产品中固件更新功能只是为了以防万一，有需要更新的时候才进行更新，不需要更新的时候用原来的功能就够了。

接下来说一下什么是APP程序。APP指的就是需要传输的更新固件，不是手机APP，通常以.bin文件形式发送。又有粉丝问，那为什么要用bin文件，而不用hex文件呢？

    因为hex文件是包含地址信息的ASCII文本文件，可直接用于烧录；bin文件是纯二进制数据文件，不含地址信息，烧录时需要指定起始地址。刚好APP区域的划分是由我们自行划分的，起始地址只能自己指定，APP程序自然是要烧录到APP区域执行，因此需要未指定起始地址的bin文件。

4. 固件升级的工作原理是什么？
       固件升级的工作原理实际上就是：先将整个Flash划分成boot区和APP区（前提为flash升级），boot区专门用于执行bootloader，APP区专门执行APP程序；然后将bootloader烧录到boot区，接下来通过上位机传入固件，此时bootloader接收固件并跳转到APP区域执行固件。

上述这段话是一个总结，接下来从STM32的上电启动流程、bootloader到底干了什么以及APP程序如何跳转三个层面来进行具体分析。

（1）STM32上电启动流程
    （以下是高频考点）当STM32发生复位时，此时硬件会强制PC寄存器指向一个固定地址0X00000000（或者是由boot引脚映射的0x08000000），该地址存放的是主堆栈指针（MSP）的初始值，内核会读取该值并进行堆栈初始化，以创建好C环境以及安全调用中断服务函数。

其次，PC寄存器会执行到0x00000004地址，取出该地址存放的复位中断处理函数，并跳转过去执行；在复位函数中，首先完成系统时钟的初始化，其次调用__main函数，完成数据的初始化，如将Flash中的data段数据拷贝到RAM中，然后将未初始化的全局变量（bss段）清零。最后，__main函数调用main函数，进入到main函数执行。

（2）bootloader程序在固件升级中到底干了什么？
      一句话说清楚这个问题。实际上，在固件升级功能中，bootloader就干了三件事情：1、接收上位机传输的固件保存到RAM中；2、将RAM上的固件拷贝到Flash；3、跳转到APP执行。

（3）APP程序怎么跳转的？
      跳转APP程序操作实际上就一行代码--调用jump2app()。那为什么调用这个函数就行了呢？
     答案是jump2app是一个函数指针，直白点，它就是一个地址0x00000004+M(M是偏移量，或者说是boot区与APP区的分界线)；这个地址看起来很熟悉对吧？因为才在上电启动流程里边见过，不同的是多了一个M，这代表的意思是在APP区里重新创建了一个新的中断向量表（依然0x00000000+M存放堆栈指针MSP、0x00000004+M存放复位向量）。

理解了这行地址代表的含义之后，我们再来看jump2app()的含义。这实际上就是取地址操作（这里我不多解释了，如果你不明白，说明你C语言基础还要补），而这个地址里存放的是APP区的复位向量。因此，此处代表的意思就是取出复位向量并跳转执行，也就是执行到了APP区的复位中断服务函数中，然后再次执行系统时钟的初始化、调用__main函数初始化数据，最后调用APP的main函数执行。到此处，开始执行APP程序的main函数功能，跳转APP程序执行成功。

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