STM32 IAP应用开发——通过内置DFU实现USB升级（方式1）

什么是IAP？

IAP（In-Application Programming） 指MCU可以在系统中获取新代码并对自己重新编程，即可用程序来改变程序。在应用编程（IAP）是用户的应用代码对片内Flash存储器进行擦除/编程的方法。这种方式的典型应用就是用一小段代码来实现程序的下载，实际上单片机的ISP功能就是通过IAP技术来实现的，即片子在出厂前就已经有一段小的boot程序在里面，片子上电后，开始运行这段程序，当检测到上位机有下载要求时，便和上位机通信，然后下载数据到数据存储区，从而实现固件升级。

什么是BootLoader？

百度百科：在嵌入式操作系统中，BootLoader是在操作系统内核运行之前运行。可以初始化硬件设备、建立内存空间映射图，从而将系统的软硬件环境带到一个合适状态，以便为最终调用操作系统内核准备好正确的环境。在嵌入式系统中，通常并没有像BIOS那样的固件程序（注，有的嵌入式CPU也会内嵌一段短小的启动程序），因此整个系统的加载启动任务就完全由BootLoader来完成。

实际上，BootLoader不仅仅在操作系统上使用，在一些内存小，功能应用较为简单的单片机设备上面也可以通过BootLoader来完成固件升级。

什么是DFU？

DFU全称为Download Firmware Update，是ST官方推出的一个通过USB接口进行IAP升级的方案，同串口ISP一样，他们都集成在了芯片内部的Bootloader区段，可以通过配置boot引脚来启动。

不过STM32内置DFU的型号都比较新，像STM32F4系列是有的，但是像F0和F1系列则没有，不过没有关系，如果你用的型号没有内置DFU程序，也可以通过CubeMX来快速生成和移植一个DFU功能程序到你的Flash中来使用。

使用DFU的优缺点？

使用DFU的好处是不用自己制作Bootloader，因为这部分代码在STM32出厂之前就已经做好并且烧录进去了，而且不占用用户代码的Flash，另外，在PC端我们也不需要专门定制一个上位机，因为官方就有专门的升级Tool以及USB驱动。

缺点是要改变boot引脚的电平，才能启动Bootloader，这样的话在应用场景上就有比较大的限制了。

所以，要根据项目的实际需求去选择合适的方案。

我之前也有发过一些关于STM32远程升级的文章，实现的方式有很多种，感兴趣的同学可以去看一下。

STM32固件升级系列合集：https://blog.csdn.net/ShenZhen_zixian/article/details/129074047

1 硬件介绍

我这里测试用的是STM32F407。

注意：F0和F1系列是沒有內置DFU的。

用到的硬件接口如下：

BOOT引脚配置对应如下图：

1）主Flash

主Flash起始地址为0x08000000，它指的是STM32内置的Flash，通常我们烧录的代码就是存放在这个位置。

2）系统存储器

系统存储器起始地址为0x1FFF0000，这种模式启动的程序功能是由芯片厂家设置的，STM32在出厂时会这个区域内置一段BootLoader， 也就是我们常说的ISP程序， 这是一块ROM，出厂后无法修改。我们要使用的DFU就是放在这里。

3）嵌入式SRAM

嵌入式SRAM起始地址为0x20000000，既然是SRAM，自然也就没有程序存储的能力了，这个模式一般用于程序调试。假如我只修改了代码中一个小小的 地方，然后就需要重新擦除整个Flash，比较的费时，可以考虑从这个模式启动代码（也就是STM32的内存中），用于快速的程序调试，等程序调试完成后，在将程序下载到SRAM中。

2 环境搭建

2.1 Keil uVsion

关于STM32以及Keil的环境这里就不具体介绍了，网上教程也很多，不懂的同学自行查阅资料。环境搭建好之后需要准备一个能够正常运行的代码，用来测试我们后面的固件升级。

2.2 STM32CubeProgrammer

这个工具是用来烧录代码的，可以通过ST-Link、UART和USB下载。其中USB下载就是我们今天要讲的DFU模式。

STM32CubeProgrammer官方下载地址：https://www.st.com/en/development-tools/stm32cubeprog.html

根据自己的操作系统下载对应的安装包，然后直接安装即可。

提示：默认地址C:Program FilesSTM32CubeSTM32CubeProgrammerbin，如果安装完找不到应用程序的话可以在这个路径找到。

2.3 zadig

zadig是用来安装一个USB驱动的，只有安装好这个驱动，后面的升级流程才能正常进行，不然识别不到STM32的USB DFU模式。

这里先下载好软件，后面我们用到再安装。

下载地址请自行查阅，或者在我上传的链接下载也行。

zadig：https://download.csdn.net/download/ShenZhen_zixian/87570348

注：本文测试的时候，用的是v2.7.7版本。

2.4 检查USB驱动

1、让STM32进入系统存储器启动模式

也就是配置BOOT0引脚拉高，BOOT1引脚拉低。

提示：BOOT引脚的状态要在MCU启动之前配置好才能进入对应的模式，可以先配置BOOT引脚再上电，也可以在配置好BOOT引脚之后复位MCU。

2、检查和安装USB驱动

把STM32的USB连接到PC端，然后打开设备管理器，查看USB设备的情况。可能会出现以下几种情况。

1）能看到下图这个STM32 BOOTLOADER设备，并且没有黄叹号，说明驱动已经是安装好了的，可以直接跳到后面第3点了。

提示：因为前面安装STM32CubeProgrammer时会提示安装驱动，如果安装了，这时USB驱动可能就已经装好了。

2）能看到下图这个STM32 BOOTLOADER设备，但是有黄叹号，说明驱动异常，需要用zadig重新安装。

打开前面下载好的zadig，点击Install WCID Driver安装即可。

等待安装完成。

安装完成后可以在zadig上看到设备，打开设备管理器，也能看到一个没有黄叹号的STM32 BOOTLOADER设备。

3）能看到下图这个STM Device in DFU Mode设备，但没有STM32 BOOTLOADER设备，需要用zadig重新安装。

先卸载掉STM Device in DFU Mode设备。然后重新插拔USB线，之后会看到一个带黄色感叹号的STM32 BOOTLOADER设备。此时再按照前面的第2步操作即可。

不管是哪种情况，如果前面的驱动安装没有问题，连接上电脑之后可以在设备管理器也能看到一个STM BOOTLOADER设备，而且是没有黄色感叹号的。这样驱动就是OK的了。

3、打开STM32CubeProgrammer

如果驱动和接线都没问题，那么在STM32CubeProgrammer可以看到检测到STM32设备。

提示：如果没有找到设备，请检查前面的步骤。

至此，环境部分就搭建完成了。

3 固件升级

1、连接USB

把STM32的USB接入到PC端。

在STM32CubeProgrammer上连接设备。此时能读取到芯片的Flash。

注意读取的地址和长度，STM32的地址都是以0x08000000开始的，读取的长度就无所谓了，看你自己的需要。

2、导入hex或bin文件

打开要升级的固件（hex或bin都可以）。

打开后能看到固件存储的数据。

3、下载固件

点击“Download”，下载固件到STM32.

4、重启设备

升级完成后将BOOT模式要改成主Flash模式（BOOT0引脚拉低），然后重新上电或复位，即可运行新版本的代码。

至此，整个升级流程就走完了。

结束语

好了，关于如何通过STM32内置DFU实现USB升级就讲到这里，这种方式虽然限制较多，但在某些应用场景是很方便的，比如SB键盘，不需要自己编写Bootloader和上位机就可以实现固件升级，而且官方的升级渠道还稳定。其他应用场景就再另说，合适的才是最好的。

如果你有什么问题或者有更好的方法，欢迎在评论区留言。