摘要：STM32F103系列微控制器由于其低廉的價格和強大的功能在嵌入式產(chǎn)品中被廣泛應(yīng)用，而STM32F103系列微處理器在下載程序時通常使用的JTAG、ISP兩種方式都不適用于產(chǎn)品的軟件更新。為解決使用STM32F103系列芯片的嵌入式產(chǎn)品軟件更新不便的問題，本文對STM32F103系列微處理器的IAP(在應(yīng)用程序編程)進行了研究，研究了兩種IAP技術(shù)，給出了硬件測試和軟件流程圖，并作了總結(jié)，最后提出一種基于藍牙串口模塊通過ymoclem傳輸協(xié)議實現(xiàn)的IAP方案。
關(guān)鍵詞：STM32F103；藍牙串口模塊；IAP；ymodem傳輸協(xié)議

引言
    STM32F103系列芯片下載程序主要通過JTAG以及ISP(In-System Programming)這兩種方式。其中JTAG需要專門的下載器，這種方式主要用于軟件調(diào)試。
    ISP是在系統(tǒng)編程，指的是利用STM32F103中自帶的Bootloader程序，通過通信接口擦除和下載用戶代碼。STM32F103系列芯片中引腳BOO T0和BOOT1置位為1和0時就會進入ISP模式，但下載程序完成后需要將BOOT0和BOOT1都置為0，才能進入正常工作模式。這就使得在下載程序完成后需要設(shè)置跳線帽等機械性的操作。而一個嵌入式產(chǎn)品的設(shè)計不得不考慮軟件部分的更新，前面介紹的兩種下載方式都不適合用來做軟件更新，也就不適合用在嵌入式產(chǎn)品中。
    IAP(In—Application Programming)是在應(yīng)用編程，指的是用戶利用自己編寫的燒寫程序，通過通信接口擦除或下載自己的代碼。嵌入式產(chǎn)品需要使用這種簡單方便且不需要機械操作的軟件升級方式進行程序更新。
    現(xiàn)今嵌入式產(chǎn)品功能日益強大，無線傳輸數(shù)據(jù)更成了嵌入式必不可少的功能，設(shè)計了一種基于藍牙模塊通過無線更新程序的方法。
    本文首先介紹了一種通過模擬硬件電平變化的方法間接通過STM32F103自帶的Bootloader完成程序下載的方法，給出了設(shè)計原理和設(shè)計流程。接著介紹了IAP下載的設(shè)計方法和流程。最后在IAP的基礎(chǔ)上設(shè)計了一種基于藍牙模塊的無線軟件更新方法，介紹了設(shè)計流程并給出了實驗結(jié)果。

1 Bootloader和外圍電路完成的IAP方案
    STM32F103芯片通過在復(fù)位后讀取BOOT0及BOOT1引腳的高低電平，通過表1選擇啟動方式。

    STM32F103系列的嵌入式產(chǎn)品需要將啟動模式配置為正常啟動方式，即將BOOT0和BOOT1置GND。使用ISP進行程序更新時需要將BOOT0置為高電平。
    利用STM32F103的Bootloader和外圍電路完成IAP的方案是，從利用STM32F103復(fù)位開始，到檢測BOOT0引腳電平高低的時間約有15 ms，使用外圍電路電容放電，保持BOOT0引腳高電平15ms以上，使STM32進入ISP的方式來完成在程序下載。由以上原理將BOOT0引腳外圍電路做如圖1所示的改動。

    圖1是一個使用開關(guān)三極管設(shè)計的電壓保持電路，GPIO是STM32F103的一個I／O口，當(dāng)該I／O口為低電平時三極管截止，BOOT0相當(dāng)于接GND。當(dāng)需要更新軟件時置高該GPIO，并保持一段時間為電容C1充電，通過看門狗軟件來復(fù)位系統(tǒng)，這時C1放電使得開關(guān)三級管Q導(dǎo)通，BOOT0相當(dāng)于接VCC，則STM32F103進入系統(tǒng)存儲器啟動(ISP)的模式，通過串口ISP下載實現(xiàn)軟件更新，待電容C1放電完成后三極管Q再次截止BOOT0回到GND，芯片恢復(fù)到正常啟動模式。其中C1、R、Q的型號可以根據(jù)嵌入式產(chǎn)品設(shè)計的電氣參數(shù)來設(shè)定。
    圖2是使用Tektronix公司的TDS2024B示波器測試的波形圖，其中R1=1 kΩ，R2=1 MΩ，R3=1 MΩ，R4=200 kΩ，C1=1μF，Q為8050。從圖中可以看出從電壓2．48 V放電到2．24 V用了2．120 s，遠遠大于15 ms。由此仿真圖可以得出，通過硬件實現(xiàn)軟件更新是可行的。

    圖3是該設(shè)計的軟件流程圖。
    進行軟件更新時，首先置高I／O口，等待1 s為電容充電，接著使用看門口復(fù)位整個芯片。
    使用硬件解決方案可以通過搭建簡單的電路，并在觸發(fā)更新軟件的中斷中加入簡單的幾行改變GPIO高低電平和軟件復(fù)位的代碼，就能夠?qū)崿F(xiàn)軟件更新，操作簡單。

2 軟件完成的IAP方案
    該方案是在主程序前添加一個簡單的Bootloader程序，用該程序來判斷是否進行軟件更新。Bootloader程序的主要編程思路如圖4所示。

    該方案的原理是：STM32F103芯片啟動時將從FLASH的0x8000000地址開始執(zhí)行程序，Bootloader程序也要寫在地址0x8000000處，在Boot loader程序中通過判斷標志位的值來判斷是否直接進入主函數(shù)，判斷標志位的值存放在STM32F103的FLASH中避免標志位丟失。主程序的位置在Bootloader程序所占用的地址空間之后，具體地址要由Bootloader程序的大小來決定。
    更新主程序的過程就是將以前的主程序覆蓋掉。Bootloader程序、主程序以及更新標志位的地址位置及加入Bootloader程序后，主程序的中斷工作過程如圖5所示。

    Bootloader程序被放在芯片啟動后讀取的第一個地址0x8000000上，依次按照地址排下來是Bootloader的中斷向量表、Bootloader的主程序。在IAP主程序之后0x8000000+X處放置更新標志位temp。在更新標志位后0x8000000+X+M處地址開始主程序。
    主程序的中斷響應(yīng)過程為：中斷發(fā)出中斷請求，中斷請求根據(jù)STM32F103的硬件機制會到0x8000000后的中斷向量表進行中斷的響應(yīng)，但主程序有自己的中斷向量表，所以在主程序的main()函數(shù)開始時要偏移中斷向量表，使中斷響應(yīng)時按照主程序的中斷向量表進行。
    由上述分析可以得出編寫主程序的三個注意事項：
    首先，在主程序編譯前需要先將程序的啟動地址設(shè)置為Bootloader寫入的地址，例如在RVMDK軟件中設(shè)置芯片的啟動地址為0x8000000，但主程序?qū)懺?x8004000的位置，所以需要將主程序的啟動地址改為0x8004000。
    其次，就是在main()函數(shù)中設(shè)置偏移中斷向量表，如下面的程序所示，在主程序開始時偏移中斷向量表。
   
    最后，使用IAP下載的更新程序的格式最好為．bin文件，但不能是．hex文件，可以使用fromelf這一類的工具將．hex格式文件轉(zhuǎn)換為．bin文件。

3 藍牙串口模塊完成的無線IAP方案
    該方案主要由圖6所示的幾個部分組成，STM32F103的其中一個串口與藍牙串口模塊相連接。藍牙串口模塊支持SPP藍牙串口通信協(xié)議，即使用藍牙替代串口線，通過無線的方式進行串口通信。上位機是一臺PC機，負責(zé)給嵌入式產(chǎn)品下載更新軟件，PC機需要通過一個藍牙適配器與嵌入式產(chǎn)品的藍牙串口模塊進行藍牙數(shù)據(jù)傳輸。

    在PC機上安裝藍牙串口工具，該工具可以將藍牙適配器設(shè)備組織成為一個串口，使用超級終端與嵌入式產(chǎn)品進行串口通信。
    嵌入式產(chǎn)品中的IAP程序的偽程序如下所示：
   
   
    實驗結(jié)果如圖7所示，通過超級終端使用ymodem傳輸協(xié)議完成主程序的下載。

結(jié)語
    本文提出的通過藍牙串口完成的無線IAP方案能夠完成無線的軟件更新，但下載方式單一，下載速度不快，而且僅使用了ymodem傳輸方式。在此基礎(chǔ)上可以使用其他無線方案(比如WiFi串口模塊)和更多的傳輸方式。