从今天开始，像使用U盘一样，升级STM32

renjun_EMbest · 发表于 2015-12-3 19:47:50

有没有想过，像使用U盘一样升级STM32固件，非常简单，非常方便

1:       插入电脑USB接口
2:       把升级固件拖到设备盘符
3:       升级完成

抛弃繁琐的USB DFU，抛弃落后的串口升级，让我们来谈谈U盘升级STM32

1. 为什么设计这个BOOT LOADER

在电子产品开发过程中，为了满足市场需要，经常是先开发出一个简单可用的版本，然后逐步迭代升级，修复bug，并增强系统功能
一个稳定，简单，安全的升级方式，就变得非常重要
对于嵌入式系统来说，常见的升级方式为
串口升级（私有协议或者X－Modem）
USB升级（DFU）
U盘升级（OTG）
网络升级
无线升级（OTA）
从技术来说，这几种升级方式大同小异，原理类似：都是一个Loader代理接收数据通道的数据，然后解密，烧录到FLASH中；但用户体验完全不同，拿串口升级来说，首先用户需要一个串口软件，然后对于没有硬件串口的PC来说，就需要一个USB转串口设备，对于不同PC平台，串口软件就不一样，这需要学习成本，过程繁琐；所以在一些需要用户自行升级远程设备的情况下，即便是通过电话指导，80%的用户仍然不知道怎么升级，导致失败

USB的DFU升级，也是类似的问题，它设计的初衷就是面向专业用户的，而不是小白！所以需要安装DFU软件，按照手册来一步步升级

OTA升级和网络升级，体验好些，可用做到无感升级，但不适合所有场景

而U盘升级，用户学习成本最低，U盘大家都知道，然后拷贝一个Bin文件进去，插入设备，重启设备，就完成升级了，非常简单。类似的变种，比如手机升级，是最先进的，直接将手机模拟成U盘，然后用户拷贝数据到手机，重启就好了，非常简单
在嵌入式系统中，还没这么方便的升级手段，虽然ARM的Mbed有一种类似的固件更新功能，但它是专门为调试器设计的，不能内嵌到用户MCU中
所以，我将手机升级的方案引入到嵌入式系统中，从而为大家提供一个实现稳定，安全，零学习成本的升级方案
经过一段时间的学习研究，有了这个USB MSD Bootloader

2. 功能特点

只占用15K FLASH空间
简单易用，直接拖拽文件进行固件升级，无需任何专业知识
采用USB大容量设备类，不用安装任何驱动
支持各种系统（Windows／Linux／Mac／Android）
不用开发任何上位机，提高产品效率
支持各种加密算法（AES256等），轻松安全升级
自动识别Bin，Hex，自定义加密固件（后缀为sec）文件
支持MD5文件校验机制，保证固件升级的完整性
显示设备升级状态信息
支持长文件名升级
多种措施保证系统健壮性，保证Bootloader不会被误擦除，保证APP合法性
支持用户自定义加密算法和完整校验算法，极致安全

3. 系统原理

系统开机上电后，Bootloader接管系统，初始化USB硬件，等待USB连接
Bootloader在启动后1秒内，检测USB是否连接PC：如果连接PC，则进入固件升级模式，执行第3步；超时则跳转第8步，尝试执行用户APP
Bootloader模拟成MSD设备，构建FAT16虚拟文件系统，U盘名为”Bootloader”，容量为100M，但具体实际可用空间，根据用户MCU来确定，建议不要复制除APP之外的无关文件
当用户复制文件到U盘时，Bootloader会判断文件后缀和判断文件size，如果size大于实际的MCU可用FLASH或者文件后缀不合法，则进入错误状态，更新状态文件，重新枚举USB
文件后缀和size通过检测后，Bootloader会截获PC发送文件数据流，并写入MCU 对应的Flash中
如果写入过程中出错，则终止操作，擦除APP内容，进入错误状态，更新状态文件，重新枚举USB
成功写入后，Bootloader更新状态文件，重新枚举USB，显示升级完成；但不会运行APP，只有拔掉USB后，再次重启，才会进入第8步，尝试运行APP
Bootloader检查APP固件的栈和入口函数合法性，只有通过检测后，才开始执行APP。检测判断条件是栈指针必须在RAM地址空间内，入口函数地址必须处于THUMB模式，并LSB为1
停止USB设备，关掉所有的中断，执行APP，APP开始接管系统

4. 支持芯片
STM32F101/3/5/7
重点来了，点击下面链接，下载固件

使用说明手册和使用文档，点击下载
2015-12-3 19:41 上传

renjun_EMbest · 发表于 2015-12-3 19:52:47

本帖最后由 renjun_EMbest 于 2015-12-3 20:02 编辑

上传具体的使用方法截图
希望大家都能用这个工具来实现USB固件升级

renjun_EMbest · 发表于 2015-12-3 20:09:00

starli 发表于 2015-12-3 19:56
非常牛，如果能做到5K以下就更好了。

优化一下，可以做到5K左右
现在主要是为了提高速度，刻意增加了内存使用，因为STM32 FLASH是2K的，分配了2个2K的缓冲区

STM32的FLASH已经足够大了，15K占用，应该不是大问题

renjun_EMbest · 发表于 2015-12-3 20:13:16

SkyGz 发表于 2015-12-3 20:03
你的 U盘模式, USB接口怎么接, 用了STM32什么管脚实现与PC连机.........整毛线啊............ ...

STM103就只有一个USB
1）Device模式
2）PA11，PA12

基本原理就是模拟U盘，然后做一个虚拟FAT16文件系统

renjun_EMbest · 发表于 2015-12-3 20:14:26

sblpp 发表于 2015-12-3 20:06
感谢分享，不知道能不能在F407上运行呢？

最近也在用F4，回头支持一下F4的芯片

renjun_EMbest · 发表于 2015-12-3 20:17:04

bondxie3 发表于 2015-12-3 20:07
我们的产品都用SD卡升级, 卡还可以用于黑匣子功能的数据记录.

本来打算也用SD卡升级，后来为了节省成本，用了内置的FLASH，仿真一个100M的U盘
然后就做了这个升级代码

renjun_EMbest · 发表于 2015-12-3 20:18:30

wajlh 发表于 2015-12-3 20:13
支持下楼主，新唐的单片机早就支持了

我瞧瞧去

renjun_EMbest · 发表于 2015-12-3 20:23:16

nightseas 发表于 2015-12-3 20:19
这不就是类似于Nucleo的方式？只不过那个是下载到另一片STM32

新唐的不熟，哪个系列芯片，我研究研究

Mbed和Freescale采用过这种方式

renjun_EMbest · 发表于 2015-12-3 20:46:56

zhenglingo 发表于 2015-12-3 20:43
对于大批量设备升级程序还是使用U盘升级方式更方便，很多坏境下不能随身带电脑过去。 ...

嗯，应用场合不一样，USB升级，适合小型的消费级产品升级

那个U盘升级的方式，确实适合设备现场升级

renjun_EMbest · 发表于 2015-12-3 20:50:00

yinzhongxing 发表于 2015-12-3 20:45
不能升级完后自动重启设备吗

可以，刚开始也确实升级完成自动运行APP
但后来考虑了一下，还是采用了复位重启，这样状态更可控

renjun_EMbest · 发表于 2015-12-3 20:53:11

ztrx 发表于 2015-12-3 20:39
内置的FLASH，仿真一个100M的U盘,怎么做的

PC 会通过SCSI命令，来查询设备容量，你截获到这个命令后，然后返回特定的值就好了

理论上：可以设置任意大小容量

这个值需要和虚拟FAT表匹配，不然系统拒绝接受，要求重新格式化

renjun_EMbest · 发表于 2015-12-3 20:56:28

LCRPN 发表于 2015-12-3 20:52
你不放源码，我们怎么用加密呢？

（我不要求哈，只是提提，毕竟是你辛苦开发的。） ...

稍后开放一个lib和相应的加密API给各位用

renjun_EMbest · 发表于 2015-12-3 21:03:23

LCRPN 发表于 2015-12-3 21:02
还是不敢用。

等我真需要用这个做产品的时候再找你买源码吧。

好，多交流

renjun_EMbest · 发表于 2015-12-3 21:22:50

admvip 发表于 2015-12-3 21:03
尝试烧录进学习板，可是电脑没有识别出U盘，插上没反应。

哪个片子

renjun_EMbest · 发表于 2015-12-3 21:38:26

admvip 发表于 2015-12-3 21:24
是STM32F103VE的片子

我也用的也是103VE，用原子的板子调的，JFlash烧录HEX文件
你对比一下原理图

renjun_EMbest · 发表于 2015-12-3 22:14:03

justdomyself 发表于 2015-12-3 21:57
试了下可以将文件写入成功但是无法运行每次重新上电都是进入boot 没有启动app ...

用户APP的地址是：0x0800500

运行的时候，先拔掉USB，再上电，不然会一直在Loader模式

renjun_EMbest · 发表于 2015-12-3 22:15:40

foxpro2005 发表于 2015-12-3 21:58
功能上与LGT的JTAG工具在功能与使用上是基本上是差不多的， LGT的这个工具就是使用的新唐的MCU。
1）刚才 ...

HEX是标准文件，不需要加密，任何符合Intel hex标准的文件（IAR，MDK，GCC）都可以

SEC文件是加密文件，需要自定义加密头和加密结构

renjun_EMbest · 发表于 2015-12-3 22:18:07

admvip 发表于 2015-12-3 21:50
找到原因了，奋斗学习板USB接的是PA11和PA12，和楼主的硬件结构不一样。

不至于啊，USB都是PA11和PA12
你运行一下自己开发板的USB例子，看能不能跑起来

renjun_EMbest · 发表于 2015-12-3 22:51:45

菜包发表于 2015-12-3 22:32
这个以前用其他芯片的时候搞过，后来实际应用发现还是有点问题，最终没用了，主要是两个方面：

1 因为boot ...

嗯，确实是这样的

前两个确实是问题

1）进入Boot模式这个问题，如果有外部硬件还好，可以配合一下；现在是1S延时加USB插入检测，也没有太好的解决方案
2）病毒这个，没深入研究，暂时不清楚是什么情况

这种USB升级方式，更适合小白，不需要上位机的简单场合

renjun_EMbest · 发表于 2015-12-4 09:28:17

justdomyself 发表于 2015-12-4 07:28
：0x0800500??

不是：0x08005000么？

额，写错了，少加一个0

renjun_EMbest · 发表于 2015-12-4 09:35:51

jiaowoxiaolu 发表于 2015-12-4 09:33
早就已经在用这种方法了，本来以为大家也都知道这种方法了，没想到还是有那么多人不知道啊

原理 ...

是这样的，我把原理也贴出来了

renjun_EMbest · 发表于 2015-12-4 11:39:07

K.O.Carnivist 发表于 2015-12-4 11:02
挺好的支持楼主
不过“在嵌入式系统中还没这么方便的升级手段”这话不准确哦如91楼所说LPC11Uxx就自带这 ...

用的片子比较少，见识有限，难免孤陋寡闻了
谅解

renjun_EMbest · 发表于 2015-12-4 11:54:02

jiaowoxiaolu 发表于 2015-12-4 11:31
LIB 什么LIB呀，这个压根就不是什么难度的，坛子里早就有加密算法的帖子了，还有c源码 AES，DES什么的， ...

嗯，是的，难度不大
原理都写出来了，建议你自己做一个，开源给大家

renjun_EMbest · 发表于 2015-12-4 12:40:21

爱电子1122 发表于 2015-12-4 12:18
写上以后，支持在读出来吗

不支持，为了安全，禁止读出任何FLASH数据

renjun_EMbest · 发表于 2015-12-4 16:32:52

jiaowoxiaolu 发表于 2015-12-4 14:37
有何不可？
http://www.amobbs.com/forum.php?mod=viewthread&tid=5638810&page=1&extra=#pid8894775 ...

Cool，赞一个

renjun_EMbest · 发表于 2015-12-4 17:54:30

joiway 发表于 2015-12-4 17:39
感谢分享，收藏先！

哈哈哈，这个就无解了
AVR 有个软件USB，你可以研究研究

renjun_EMbest · 发表于 2015-12-4 18:04:25

这帖子，属于抛砖引玉
楼上各位大神都给出了一些资料和开源代码，很棒的资料

希望各位都用好USB，有技术问题，欢迎交流

PS：适当的时候，我这份代码也会开源给大家

renjun_EMbest · 发表于 2015-12-4 19:50:27

本帖最后由 renjun_EMbest 于 2015-12-4 22:00 编辑

Here is Nothing

renjun_EMbest · 发表于 2015-12-5 00:46:25

OurWay 发表于 2015-12-3 21:39
这个新唐的，可以参考下，记得坛子里的 LGT仿真器也是类似方式升级的，另外使用NXP的LPC1343出厂都有这种 ...

嗯，研究一下
谢谢

renjun_EMbest · 发表于 2015-12-5 00:47:27

Ray______ 发表于 2015-12-4 08:21
openSDA好像也是这样？

嗯，OpenODA和Freescale可以这么搞

renjun_EMbest · 发表于 2015-12-5 00:49:13

lingdianhao 发表于 2015-12-4 10:23
请问楼主加密如何实现？

文件都是数据流，你可以增加一个头和尾来进行文件类型检测和解密，校验

renjun_EMbest · 发表于 2015-12-5 00:53:46

likebo 发表于 2015-12-4 10:30
lz我有个问题，我的产品本来就是用stm32+tf卡做了U盘功能的，而且随时插上usb都能访问tf卡（包括关机状态） ...

你这种情况，USB属于HOST角色
可以参考手机刷机的方案
1）增加硬件机制，比如按着音量键开机
2）检测U盘里面是否存在特定的文件名，存在则进入升级模式，升级完成后，在U盘里面写入一些文件记录信息，比如升级固件的MD5，下次开机检测时，先检测文件，再计算MD5
如果文件存在，MD5一致，不升级；如果文件存在，MD5不一致，升级

供参考

renjun_EMbest · 发表于 2015-12-5 00:54:52

单飞发表于 2015-12-4 10:30
介质肯定是USB，是直接用单片机的FLASH虚拟U盘？把APP拷到FLASH里的？那就和其他设备间接拷到FLASH原理一 ...

这个，你需要深入研究一下FAT文件系统的格式

renjun_EMbest · 发表于 2015-12-5 00:56:11

LCRPN 发表于 2015-12-4 10:57
如果你要做LIB，我再给几个接口的建议：

1、建议使用内部HSI，8M，2分后12倍频到48M，USB分频为1。这样 ...

2/3/4都有考虑，1没考虑到，谢谢指导

renjun_EMbest · 发表于 2015-12-14 00:47:34

Dragontan 发表于 2015-12-13 23:09
楼主有个问题需要请教你一下，我使用的bootloader 现在U盘可以出来上电的时候里面与一个READY.TXT 的文件， ...

1. 运行时不要插USB
2. 断电重启后，如果APP没有执行。不要断电，直接把USB插到电脑上，看看txt文件的名字是什么

renjun_EMbest · 发表于 2015-12-14 12:01:37

Dragontan 发表于 2015-12-14 09:03
插上USB 后里面好像显示的是READY.TXT

那就是你APP的问题了

renjun_EMbest · 发表于 2015-12-14 19:13:56

z13900139000 发表于 2015-12-14 14:46
之前做产品也用过这个思路，但是后来项目因为安全性给取消了，就不用这种方式升级程序{: ...

安全性顾虑主要是指哪方面？

renjun_EMbest · 发表于 2015-12-14 22:26:22

Dragontan 发表于 2015-12-14 21:06
楼主我试了的有时可以升级成功有时升级不成功

我这边测试过很多次，都是OK的

您提到的不成功过程，能不能复现？
如果可以的话，请简单的列一下操作步骤

我试试

renjun_EMbest · 发表于 2015-12-15 00:25:08

t3486784401 发表于 2015-12-14 22:51
用 F103C8 试了，很不幸，发生了BUG：

1. 连上后可以识别，但1s后自动断开，如果强行在1s内强行进入盘符， ...

Mark，在win7和mac上面测试了，Win8上面没有测试

这样，你先完全擦除芯片，再烧录BL，不要烧APP，插到电脑上试试
如果还是重启，就可以确认是系统的问题

renjun_EMbest · 发表于 2015-12-15 21:47:27

t3486784401 发表于 2015-12-15 13:52
之前用的是 F103C8 自带串口 bootloader 烧录的，烧写时已经选择了全片擦除了；

这次我用 J-Link v2 的 ...

ok，了解了
估计是win8系统的问题，回头我装一个win8虚拟机测试一下

renjun_EMbest · 发表于 2016-1-6 10:55:21

270388026 发表于 2016-1-6 08:39
大哥，给源代码吗？这个东西不复杂，但是要费点力。还有就是希望固件可以像u盘文件一样拷过去。然后重启us ...

和你想的一样，就是这个效果

renjun_EMbest · 发表于 2016-1-25 17:38:24

源代码奉上，共同学习
另: 有些同学提到Win10的问题，我暂时没有安装win10，哪位哥们帮忙测试下

renjun_EMbest · 发表于 2016-10-25 12:40:55

nzk123 发表于 2016-10-24 23:08
打算以后开源吗？期待

很早就上传代码了，你翻翻帖子里面的回复

从今天开始，像使用U盘一样，升级STM32

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阿莫论坛20周年了！感谢大家的支持与爱护！！

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