diff --git a/ARCHITECTURE.md b/ARCHITECTURE.md new file mode 100644 index 0000000..4b4f0a4 --- /dev/null +++ b/ARCHITECTURE.md @@ -0,0 +1,234 @@ +# HC32F460 BootLoader 项目架构与工作流程分析 + +## 1. 项目概述 + +基于华大半导体 HC32F460KETA (Cortex-M4F) 的 BootLoader 程序，实现通过 RS485 串口对 APP 应用程序进行在线升级。升级协议遵循《传感器通用串口升级协议 V1.1》。 + +主要功能： + +- 串口在线升级：RS485 Ch1 (USART2) 作为升级通道，采用主-从应答式通信 +- 设备 MAC 编码：固化在 Flash 0x4000 处，供网关 APP 读取本机身份 +- APP 跳转：启动参数判断后跳转至 APP 区 (0x8000) +- 参数管理：服务器/Lora/通道等默认配置由 Boot 直接写入 Flash 参数区 +- 看门狗：SWDT 由 ICG 硬件启动，周期喂狗防止升级过程死机 + +## 2. 硬件平台 + +| 项目 | 说明 | +| --- | --- | +| MCU | HC32F460KETA (Cortex-M4F, FPU, 512KB Flash / 192KB SRAM) | +| 主频 | 内部 HRC 16MHz -> MPLL 200MHz（不使用外部晶振） | +| 升级通道 | RS485 Ch1 = USART2 (PA10=RX, PA8=TX)，方向控制 PC7 | +| 备用串口 | RS485 Ch2 = USART3 (PB14=RX, PB12=TX)，方向控制 PB13 | +| 调试串口 | USART1 (PA11=RX, PA12=TX) | +| 调试器 | Segger J-Link (MDK 工程配置) | + +## 3. 目录结构 + +``` +HC32F460BootLoader/ +├── driver/ # 华大 DDL 设备驱动库 +│ ├── inc/ # 外设驱动头文件 +│ └── src/ # 外设驱动源文件 +├── mcu/ +│ └── common/ # 芯片头文件、系统时钟初始化 (system_hc32f460.c) +├── source/ +│ └── User/ # 用户应用层 +│ ├── Inc/ # bsp.h / main.h / ddl_config.h +│ └── Src/ # main.c / bsp.c +├── MDK/ # Keil 工程 +│ ├── BootLoader.uvprojx +│ ├── BootLoader.uvoptx +│ ├── BootLoader_custom.sct # 自定义分散加载文件 +│ └── RTE/ # Keil RTE 配置 +├── 传感器通用串口升级协议V1.1.xlsx # 升级协议规范 +├── 串口升级协议.xlsx +└── README.md +``` + +## 4. 架构设计 + +### 4.1 分层结构 + +``` +┌──────────────────────────────────────┐ +│ 应用层 (source/User) │ +│ main.c 升级状态机/协议解析 │ +│ bsp.c 时钟/串口/Flash/看门狗 │ +├──────────────────────────────────────┤ +│ 设备驱动层 (driver) │ +│ hc32f460_*.c DDL 标准外设驱动 │ +├──────────────────────────────────────┤ +│ MCU 层 (mcu/common) │ +│ 系统时钟初始化 / 寄存器定义 │ +└──────────────────────────────────────┘ +``` + +### 4.2 Flash 分区（512KB） + +| 区域 | 地址范围 | 大小 | 说明 | +| --- | --- | --- | --- | +| BootLoader | 0x0000_0000 - 0x0000_7FFF | 32KB | Boot 程序 | +| └ 网关MAC区 | 0x0000_4000 | 6B | 设备唯一编码（固定） | +| APP | 0x0000_8000 - 0x0007_BFFF | 464KB | 应用程序 | +| 参数区 | 0x0007_C000 - 0x0007_DFFF | 8KB | Boot 参数 (BootPara_t) | + +Flash 分区宏定义见 `source/User/Inc/bsp.h:82-93`。 + +### 4.3 内存布局（SRAM 192KB） + +分散加载文件 `MDK/BootLoader_custom.sct`： + +- 只读区 (RO)：0x0000_0000，长度 32KB，含 `*(.ARM.__at_0x00004000)` MAC 段 +- 可读写区 (RW/ZI)：0x1FFF_8000，长度 0x2F000 + +### 4.4 参数结构体 (BootPara_t) + +定义见 `bsp.h:152-167`，与 GateWay APP 保持一致，由 Boot 直接写入默认配置： + +- `AppFlag` / `UpdateFlag` / `FirstRunFlag`：启动与升级标志 +- `GwMac[6]`：网关 MAC 地址 +- `SvrAddr[4]` / `SvrPort`：默认服务器 IP/端口 +- `LoraFreq`：默认 Lora 中心频率 +- `Much` / `Auch` / `Duch`：主/辅助/调试升级通道 +- `CuchMask`：通讯单元通道掩码 + +## 5. 核心模块分析 + +### 5.1 设备 MAC 编码 (main.c:7-14) + +固化在 Flash 0x4000 的 `GwMacConst[6]`，由宏构造： + +``` +Mac[0] = 0x80 | GATEWAY_VER_INFO // 版本信息 (Bit7 固定 1) +Mac[1:3] = GATEWAY_PRJ_NUM // 项目编号 (3字节) +Mac[4:5] = GATEWAY_GW_NUM // 网关编号 (2字节) +``` + +`GATEWAY_VER_INFO`、`GATEWAY_PRJ_NUM`、`GATEWAY_GW_NUM` 在 `bsp.h:62-64` 配置。 + +### 5.2 串口驱动 (bsp.c) + +- `DbgUart_Config()`：调试串口 USART1 配置（中断优先级 2） +- `RS485Ch1_Config()`：升级通道 USART2 配置（中断优先级 2） +- `RS485Ch2_Config()`：备用串口 USART3 配置 +- 发送时通过方向引脚切换 RS485 收发：`RS485Ch1UartSend()` 发完拉回接收态 + +### 5.3 Flash 操作 (bsp.c) + +- `FlashWrite()`：单字编程，校验返回值 +- `WriteBootPara()`：擦除扇区后写入参数 +- `EraseFlash()`：仅擦除 APP 区（`APP_ADDRESS` 到 `BOOT_PARA_ADDRESS`），**不擦参数区**，边擦边喂狗 + +### 5.4 看门狗 + +SWDT 由 ICG 硬件启动（`ddl_config.h` DDL_SWDT_ENABLE=ON），主循环每 200ms 调用 `FeedDog()` 喂狗。 + +## 6. 升级工作流程 + +### 6.1 启动流程 (main.c:426-478) + +``` +BSP_Init() // 时钟 200MHz + GPIO + RS485Ch1(500k) + SysTick(1ms) +InitCrc32Table() // CRC32 查表 +读 0x4000 MAC -> s_DevMac // 从固定地址读入设备编码 +ReadBootPara() // 读参数区 +├─ GwMac 无效(0xFF) 首次运行 +│ ├─ FirstRunFlag==0xFFFFFFFF -> BL_START_APP (直接启动APP) +│ ├─ 否则 -> BL_IDLE +│ └─ 写入默认参数 (MAC/服务器/Lora/通道) +├─ GwMac 有效 +│ ├─ 同步 s_DevMac +│ ├─ 旧参数区(0xFF)补默认值 +│ ├─ AppFlag==APP_START_FLAG -> BL_START_APP (直接跳APP) +│ ├─ UpdateFlag==APP_UPDATE_FLAG -> BL_ERASE_FLASH (续升级) +│ └─ 否则 -> BL_IDLE (等待升级指令) +└─ while(1): FeedDogHandler() + BootLoaderLoopHandler() +``` + +### 6.2 升级状态机 (main.c:335-402) + +``` +BL_IDLE ── 收到 0x81 升级请求 ──> BL_RESET (20ms 后系统复位) +BL_RESET ── 复位后参数判断 ──> BL_ERASE_FLASH +BL_ERASE_FLASH ── 擦除完成 ──> BL_GET_DATA +BL_GET_DATA ── 发 0x02 请求下一包 ──> BL_WAIT_REV +BL_WAIT_REV ── 收到 0x82 ──> BL_GET_DATA (写Flash后请求下一包) +BL_WAIT_REV ── 500ms 超时 ──> BL_GET_DATA_TIMEOUT +BL_GET_DATA_TIMEOUT ── 重试<3次 ──> BL_GET_DATA +BL_GET_DATA_TIMEOUT ── 重试>=3次 ──> BL_IDLE (清除升级标志) +└─ 全部包写完 -> CRC32 校验 + ├─ 成功 -> 写 AppFlag + 复位 -> BL_RESET -> 启动 APP + └─ 失败 -> 清标志 -> BL_IDLE +``` + +### 6.3 升级数据流 + +``` +升级主机(网关APP) BootLoader(从机) + │ 0x81 升级请求帧 │ + │ ────────────────────────────────> │ 保存参数到Flash + │ 0x01 ACK应答(载荷0x20) │ + │ <──────────────────────────────── │ 复位进入升级 + │ 0x02 请求数据(包索引) │ + │ <──────────────────────────────── │ 擦除Flash + │ 0x82 下发数据包(200字节/包) │ 写Flash + │ ────────────────────────────────> │ 循环请求直至收完 + │ ... │ + │ │ CRC32 校验 + │ │ 成功->写AppFlag->复位->启动APP +``` + +### 6.4 帧格式（升级协议 V1.1） + +帧头 `FrameHeader_t` (main.h:19-24)： + +| 字段 | 长度 | 说明 | +| --- | --- | --- | +| Header | 1B | 帧头，固定 0x7D | +| DevMac | 6B | 目标设备 MAC（全 0xFF 为广播） | +| Cmd | 1B | 命令字 | +| PayloadLen | 1B | 载荷长度 | + +命令字 (main.h:10-16)： + +| 命令 | 值 | 方向 | 说明 | +| --- | --- | --- | --- | +| UPDATE_CMD_SLAVE_RES | 0x01 | 从->主 | 应答 ACK | +| UPDATE_CMD_SLAVE_REQ_DATA | 0x02 | 从->主 | 请求数据包 | +| UPDATE_CMD_MASTER_REQ | 0x81 | 主->从 | 升级请求 | +| UPDATE_CMD_MASTRE_RES_DATA | 0x82 | 主->从 | 下发数据 | + +- 帧尾：2 字节 CRC16 (Modbus, 多项式 0xA001) +- CRC32 使用查表法 (多项式 0xEDB88320) 校验整个 APP 区 + +### 6.5 帧接收组帧 (main.c:291-329) + +中断逐字节接收，按 0x7D 帧头、第 9 字节载荷长度、`sizeof(FrameHeader_t)+PayloadLen+2` 组帧完成判断，存入 `BL.RxBuff` 并置 `BL.RxFlag`。 + +### 6.6 APP 跳转 (main.c:85-109) + +校验栈顶在 SRAM 范围内后： + +1. `__disable_irq()` 关闭全局中断 +2. 停止 SysTick +3. 禁用并清挂起 RS485 Ch1 相关 NVIC 中断 +4. `__set_MSP()` 设置主栈指针 +5. 跳转 APP 复位向量 + +## 7. 构建配置 + +- 器件：HC32F460KETA，Pack：HDSC.HC32F460.1.0.12 +- 分散加载：`BootLoader_custom.sct` +- 宏定义：`__DEBUG,HC32F460,USE_DEVICE_DRIVER_LIB,JEUA` +- Include：driver/src、driver/inc、mcu/common、source/User/Src、source/User/Inc +- DDL 模块裁剪见 `source/User/Inc/ddl_config.h` + +## 8. 关键设计要点 + +1. **免外部晶振**：使用内部 HRC 倍频到 200MHz，降低成本与启动依赖 +2. **参数区保护**：擦除 APP 区时跳过参数区，升级参数可持久保存 +3. **防中断残留**：跳转 APP 前彻底清理中断环境，避免影响 APP 启动 +4. **升级续传**：复位后通过 `UpdateFlag` 判断，支持掉电后重新进入升级流程 +5. **广播支持**：MAC 匹配支持全 0xFF 广播升级 +6. **看门狗**：擦除 Flash 等耗时操作中喂狗，防误复位 \ No newline at end of file