234 lines
9.6 KiB
Markdown
234 lines
9.6 KiB
Markdown
# 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 |