如何通过芯片内部SystemMemory 中的Bootloader 进行USB DFU 升级

fightingboon

前言
在STM32 的系列产品中，很多型号都带有USB 接口，为使用USB 来进行代码升级提供了便利。这些型号中又有很大一部分可以通过芯片内部SystemMemory 中的Bootloader 直接进行USB DFU 升级，具体哪些型号支持USB DFU,可参考应用笔记AN2606《STM32 微控制器系统存储器自举模式》。
不过，有些型号虽然有USB，但是SystemMemory中的Bootloader 并不支持USB DFU，比如STM32F102 /STM32F103、或者Bootloader V2.x 的STM32F2xxx、STM32F303等等，或者用户希
望通过不同的触发方式进入bootloader 来进行USB 下载，比如接收一串编制好的数据来触发。那么，就要使用USB DFU IAP 了。
关于如何使用USB DFU IAP 的简要说明，可参考另一份文档《利用USB DFU 实现IAP 功能》。在这里，主要介绍在利用USB DFU IAP 例程进行移植时，需要注意的两个地方。
问题一
某客户在其产品的设计中，使用了STM32L073RBT6。客户在开发过程中，使用STM32L0Cube库中的STM32L073Z_EVAL的DFU_Standalone 进行代码移植，完成后在使用DfuseDemo 软件烧写用户代码时发生了错误。
调研
1.1.了解问题
客户在开发中使用了STM32L0Cube 库STM32Cube_FW_L0_V1.7.0，对里边的
\Projects\STM32L073Z_EVAL\Applications\USB_Device\DFU_Standalone例程进行修改，以应用于用户板。客户已经根据硬件上的区别，对LED 灯和按键的I/O 口配置做了相应的修改，并在main.h 中使能了USE_USB_CLKSOURCE_CRSHSI48，因为其使用STM32L073 内部的48MHz振荡作为USB 时钟源。客户编译通过后，使用ST-Link 将其下载到STM32L073RBT6中。然后断开ST-Link，使用USB 进行连接，PC 可以认到“STM Devicein DFU Mode”。打开Dfuse Demo 软件，也可发现已经识别到STM32L073 处于DFU Mode。

但是，当用户选择了“Verify after download”，并点击“Choose”按键选择用户代码.dfu文件后，并点击“Upgrade”进行烧写，发现弹出了提示发生错误的对话框，如下：

1.2.问题分析
STM32L073Z_EVAL 开发板使用的芯片型号为STM32L073VZT6，其Flash 容量为192KB，地址从0x08000000 到0x0802FFFF。而客户所使用的STM32L073RBT6，其Flash 容量为128KB，地址从0x08000000 到0x0801FFFF。检查项目中的usbd_conf.h文件中的代码，客户并未作任何修改，也就是说，以下两个定义没有根据实际的型号进行修改：
/* Startuser code address:ADDR_FLASH_PAGE_120 */
#defineUSBD_DFU_APP_DEFAULT_ADD 0x08003C00
/*Startaddress of latest flash page: ADDR_FLASH_PAGE_1535*/
#define USBD_DFU_APP_END_ADD0x0802FF80
USBD_DFU_APP_DEFAULT_ADD 和USBD_DFU_APP_END_ADD定义了用户代码空间的开始页和结束页。从这可以看出，用户代码是从0x08003C00 开始的，也就是第120 页，而结束于第1535 页。STM32L073VZT6从第0 页到第1535 页共1536 页，每页128 Bytes。客户使用的是STM32L073RBT6，总共才1024 页。显然，这里对USBD_DFU_APP_END_ADD的定义并不对，需要修改为第1023 页的地址。
1.3.问题解决
将usbd_conf.h 中的USBD_DFU_APP_END_ADD修改为第1023 页的地址：
/* Startaddress of latest flash page: ADDR_FLASH_PAGE_1023 */
#defineUSBD_DFU_APP_END_ADD 0x0801FF80
问题解决，USB DFU 可以下载代码了。别急，接着往下看第二个话题。
问题二
在上面问题的解决过程中，有没有注意到Dfuse Demo 界面中显示“1536 sectors”？这明显不对，来看看怎么修改。
调研
2.1.了解问题
在Dfuse Demo 界面中，双击“1536 sectors”，可以看到Internal Flash 的详细信息，如下：

2.2.问题分析
从上图可以了解到，实际上这里所定义的Sector的大小为128Bytes，也就是STM32L073 的Page，所以这里的Sector定义与STM32L073 的参考手册定义的Sector 是不一样的，不要造成误解。在RM0367 中，每128Bytes 为1 个Page，每32 个Page 才是1 个Sector。所以不要误会了。在这个Mapping 窗口中，也可以看到地址0x08003C00之前的空间为Read only，也就是Bootloader 所处的空间为只读，以避免对这部分代码的重写。而后面的空间，也就是用户代码所处的空间为Read/Write/Erase。
这些信息是从哪里来的呢？其实它来自于usbd_dfu_flash.c 里边定义的描述符FLASH_DESC_STR，如下：
#define FLASH_DESC_STR "@Internal Flash /0x08000000/120*128 a,1416*128g"
来解释一下这个描述符的内容：
0x08000000 为起始地址。“a”代表的是Read-only，“g”代表Read/Write/Erase。也就是说，“a”所指明的区域为Bootloader 的空间，“g”所指明的区别为用户代码空间。大小由前面的数字决定，星号“*”前面的为Sector 的个数，后面的为Sector 的大小，这里的意思就是从0x08000000 开始，前面120 个Sector（每个Sector 为128 字节）为Read-only，后面1416 个Sector（每个Sector 为128 字节）为Read/Write/Erase。
再举另外一个例子，在\Projects\STM32L053C8-Discovery\Applications\USB_Device\DFU_Standalone\Src下的
usbd_dfu_flash.c 是这样定义的：
#define FLASH_DESC_STR "@Internal Flash/0x08000000/28*01Ka,36*01Kg"
它的意思就是前面28 个Sector（每个Sector 为1KB）为Read-only，后面36 个Sector（每个Sector 为1KB）为Read/Write/Erase。因为在这个例子中，用户代码起始地址为0x08007000。在Dfuse Demo 的界面中，你也将看到只有64个Sector，双击打开后能看到每个Sector 为1KB。
搞明白了这个事，就知道如何去修改这个描述符FLASH_DESC_STR，让它符合STM32L073RBT6的大小。
3.3.问题解决
STM32L073RBT6 有1024 页，每页128 字节，所以需要修改描述符FLASH_DESC_STR 定义如下：
#define FLASH_DESC_STR "@Internal Flash/0x08000000/120*128B a,904*128B g"
话题延伸：
如果用户代码空间的定义是这样的：
/* Start user code address:ADDR_FLASH_PAGE_120 */
#define USBD_DFU_APP_DEFAULT_ADD 0x08003C00
/* Start address of latest flash page: ADDR_FLASH_PAGE_1023 */
#define USBD_DFU_APP_END_ADD 0x0801FF80
但是描述符FLASH_DESC_STR 的定义修改为：
#define FLASH_DESC_STR "@Internal Flash /0x08000000/28*01K a,100*01K g"
那会发生什么情况呢？
将Bootloader程序编译后烧写到STM32L073 中，然后使用USB 接口进行连接，打开Dfuse Demo。首先，可以看到界面中显示的就是128 Sectors，双击打开，每个Secotor 大小为1KB。

接下来，来烧写一个用户代码，从0x08003c00 地址开始的。在Verify 时，就会弹出错误的对话框：

验证在0x08003C00 的地址就已经发生了错误：烧录文件该地址的数据为0x58，但是读回来的是0x00。这是因为我们把描述符FLASH_DESC_STR错误地定义成了前面28KB 为Read-only，也就是从0x08007000 开始才是可读/可写/可擦除的。所以，在0x08007000 之前的空间是不可擦除和写入的，也就导致了这样的情况。
这个延伸话题也只是为了强调这个描述符FLASH_DESC_STR 的重要性。
结论
使用USB DFU IAP 参考例程进行移植的时候，Bootloader 的空间以及用户代码的空间的定义都需要根据具体的STM32芯片型号进行调整修改。
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