# 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