基于GPRS通信的MCU固件远程更新技术的实现

仪器仪表商情网：在以物联网、大数据、云计算为代表的信息科技爆炸式发展的今天，嵌入式产品越来越丰富，并且版本的升级迭代速度非常快。如果需要对软件代码进行升级，或者生产厂家想要对产品进行修改，就必须到现场重新烧写程序。这样，从时间到成本都造成了很大的开销，非常不灵活。因此远程更新MCU的固件就成为解决这一问题的有效手段。本文以STM32F103VET6 为平台，使用GPRS通信方式和IAP 技术实现MCU固件的远程更新。该技术对于具备GPRS通信的嵌入式产品有很好的帮助，对3G或者4G的嵌入式产品也有借鉴的意义。

1系统的硬件设计

本系统的结构如图1所示。MCU使用芯片STM32F103VET6，该处理器是意法半导体（ST）公司发布的基于Cortex M3内核的增强型系列处理器，工作频率最高达到72 MHz，带有片内RAM、片内Flash和丰富的外设。GPRS模块的型号是G510。MCU通过串口，使用AT命令与G510模块进行数据交互。USB转串口模块作为PC与MCU的数据交互的有效手段，通过打印数据信息就可以知道MCU的工作状态。电源模块产生两种电压，包括为MCU和USB模块供电的3.3 V电压和为GPRS模块供电的4.0 V电压。

2MCU的地址

STM32F103VET6的内核是Cortex M3，它的存储系统采用统一寻址方式，程序存储器、数据存储器、寄存器和输入输出接口被组织在同一个4 GB的线性地址空间内。存储空间被分成8个主要块，每个块为512 MB。以STM32F103VET6处理器为例， 图2为代码块和片内SRAM的地址映射图。STM32F103VET6有512 KB的Flash存储空间，地址从008000000至00807ffff;有64 KB的SRAM，地址从020000000到02000ffff。

通过设置BOOT［1:0］引脚值为00，使STM32F103 VET6上电后从Flash的008000000地址处开始执行代码。

3IAP技术的实现

3.1IAP技术原理

在应用编程（IAP）技术是指MCU在执行用户程序的过程中对片内Flash 的部分区域进行擦写，把真正的用户二进制代码烧写到Flash中。在这里，IAP的程序要实现两个功能： 一是通过GPRS通信接收已经编译链接好的二进制的应用代码到内存；二是将应用代码烧写到片内Flash 中。系统复位后，MCU首先执行IAP和GPRS通信程序，此段代码必须使用硬件烧写器，比如J link烧写到MCU中；等待MCU接收并烧写好真正的功能代码后，跳转至此段代码开始执行用户程序。这两段代码都是烧写在片内Flash中，必须保证两段代码的存放区域不能重叠，否则会出现程序覆盖，将无法正确执行用户程序。通过设置标志位，并且存储到Flash中，来判断上电后执行的是IAP程序还是用户程序。

3.2烧写文件格式

IAP驱动和GPRS通信程序是用MDK编译器生成的HEX文件，通过JTAG烧写到STM32F103VET6的Flash中，起始地址是008000000。由于MDK产生的是HEX文件，因此需要使用转换工具将用于通过GPRS通信方式从服务器端下发到终端的固件代码由HEX文件格式转换成BIN文件格式。终端将新的固件代码写入到Flash中，起始地址设为008020000。

3.3软件实现

由于要更新的固件的存储地址是008020000，因此需要调整新固件的中断向量表的地址：NVIC＿SetVectorTable(NVIC＿VectTab＿FLASH,008020000)。使用起始地址为00807f800最后一页Flash存储字符型变量Update_Flag，该变量的值保存了固件更新的状态。当Update_Flag等于0时，代表无应用程序，MCU执行IAP驱动和GPRS通信程序；当Update_Flag等于1时，代表应用程序是已经写入Flash中的有效代码，则MCU执行新的固件程序。系统的软件流程如图3所示。

连接的流程图STM32F103VET6与GPRS模块的数据交互通过串口来完成，终端与服务器的连接建立的过程如图4所示。建立连接后，MCU可以发送报文A1向服务器请求新固件。服务器收到此报文后，把要发送的BIN格式的新固件按照表1所示的报文格式发送至终端。帧长度是包含从类型到校验位的总长度。这里考虑到G510传输每帧数据的最长字节数和Flash写操作的方便性，设定数据区的最大长度为1024 B。服务器端打开BIN格式的文件，并且按照表1所示的帧格式把数据装载成帧A2，然后发送。用帧计数来避免因为网络拥堵等问题造成的数据传输错误。采用应答式的交互方式，终端每次收到一条固件帧，就以正确帧R1或者错误帧R2回应。R1和R2中包含帧计数和服务器端设置延时，发送完一帧数据后，延时5 s，在这段时间内，没有收到回应的数据则重发。服务器发送完最后一帧固件数据，并且收到正确的回答后，再发送一帧结束数据A3，使终端知道固件已经全部发送完毕。具体的服务器和终端的数据传输的流程图如图5所示。

先使用JTAG把IAP驱动和GPRS通信的代码写入到Flash的起始地址008000000处，然后复位终端，等待终端与服务器建立好连接。服务器使用图6所示的客户端界面形成规范的报文，然后发送到终端，实现终端固件的远程更新。

4结论

通过实验，用户代码被正常执行，说明远程更新已经正常实现。因此，IAP 技术为远程更新用户代码提供了极大的方便，不仅能够提高产品性能，增强产品的功能，而且大大降低了企业产品运营和维护的成本，是一门实用性很强的技术，在将来的3G、4G等嵌入式产品中将会被广泛地使用。