【導讀】在應用中編程(IAP)是一種在現場(chǎng)通過(guò) MCU 通信接口（例如 USART、USB、CAN 和以太網(wǎng)）進(jìn)行固件升級的方式。無(wú)論是IAP代碼還是應用程序代碼都位于微控制器的內置FLASH中，IAP代碼通常存儲在MCU FLASH的第一頁(yè)，而用戶(hù)應用程序代碼則占據剩余的FLASH區域。
工作原理
在應用中編程(IAP)是一種在現場(chǎng)通過(guò) MCU 通信接口（例如 USART、USB、CAN 和以太網(wǎng)）進(jìn)行固件升級的方式。
啟動(dòng)微控制器時(shí)，可以選擇讓其在以下任一模式運行：
IAP模式，用于執行IAP代碼
正常模式，用于執行應用程序代碼
無(wú)論是IAP代碼還是應用程序代碼都位于微控制器的內置FLASH中，IAP代碼通常存儲在MCU FLASH的第一頁(yè)，而用戶(hù)應用程序代碼則占據剩余的FLASH區域。
圖1介紹了IAP操作流程
使用MCU以太網(wǎng)接口實(shí)現IAP
如果有以太網(wǎng)可用，則它通常是嵌入式系統中實(shí)現IAP功能的首選接口，其優(yōu)勢包含：
高速通信接口(10/100 Mbps)
通過(guò)網(wǎng)絡(luò )(LAN或WAN)進(jìn)行遠程編程
可以使用FTP、TFTP、HTTP等基于TCP/IP棧的標準應用協(xié)議實(shí)現IAP
通過(guò)以太網(wǎng)在A(yíng)T32F407上實(shí)現IAP
本應用筆記將介紹兩種使用以太網(wǎng)通信外設在A(yíng)T32F407上實(shí)現IAP的解決方案：
使用TFTP（簡(jiǎn)單文件傳輸協(xié)議）的IAP
使用HTTP（超文本傳輸協(xié)議）的IAP
這兩種解決方案均基于LwIP棧(2.1.2), 它是輕量級的TCP/IP協(xié)議棧
使用TFTP實(shí)現IAP方法
使用TFTP實(shí)現IAP的方法廣泛應用于需要具有固件升級功能的嵌入式系統應用中（例如，嵌入式Linux bootloader中）。
TFTP是一種在UDP傳輸層上執行的簡(jiǎn)單文件傳輸協(xié)議。此協(xié)議非常適合在局域網(wǎng)環(huán)境中使用。它基于客戶(hù)端/服務(wù)器架構，在這種架構中，客戶(hù)端會(huì )向服務(wù)器發(fā)出文件傳輸請求（讀取或寫(xiě)入操作）。為實(shí)現IAP，需要在LwIP協(xié)議棧上實(shí)現一個(gè)簡(jiǎn)單的TFTP服務(wù)器，服務(wù)器只須處理來(lái)自PC的TFTP客戶(hù)端的寫(xiě)入請求即可。
使用HTTP實(shí)現IAP方法
使用HTTP協(xié)議進(jìn)行固件升級沒(méi)有使用TFTP常見(jiàn)，但是在需要通過(guò)Internet進(jìn)行遠程編程時(shí)，這種解決方案就顯得極為有用。這時(shí)，需要使用TCP傳輸協(xié)議來(lái)實(shí)現HTTP服務(wù)。
HTTP基于TCP協(xié)議運行，它提供了一個(gè)一種以HTML表單形式從Web客戶(hù)端(Mozilla Firefox或Microsoft Internet Explorer)發(fā)送一個(gè)二進(jìn)制文件的方式。這稱(chēng)為HTTP文件上傳(RFC1867)。
本文檔中的后續章節將詳細介紹這兩種IAP方法的實(shí)現，并會(huì )對如何使用軟件進(jìn)行說(shuō)明。
使用TFTP實(shí)現IAP
TFTP概述
TFTP是一種基于UDP的簡(jiǎn)單文件傳輸協(xié)議。文件傳輸由TFTP客戶(hù)端發(fā)起，會(huì )向TFTP服務(wù)器發(fā)送讀取或寫(xiě)入請求。服務(wù)器確認請求后，即開(kāi)始進(jìn)行文件數據傳輸。數據將以固定大小的塊盡情發(fā)送（例如每塊含512個(gè)字節）。
必須在每個(gè)發(fā)出的數據塊都得到接收方確認后，才可以發(fā)送下一個(gè)數據塊。這種確認機制通過(guò)隨各個(gè)數據塊一同發(fā)送的編塊號來(lái)實(shí)現。數據塊小于固定塊大小表示文件傳輸的結束。
圖2描述了各種TFTP數據包的格式：
圖2 TFTP數據包
表1列出了TFTP操作碼。
表1 TFTP操作碼
使用TFTP為AT32F407實(shí)現IAP
此IAP實(shí)現由基于LwIP TCP/IP棧的TFTP服務(wù)器組成。
此服務(wù)器會(huì )對遠程TFTP客戶(hù)端(PC)發(fā)來(lái)的寫(xiě)請求做出響應。
TFTP讀請求會(huì )被忽略。
TFTP通常會(huì )將接收到的文件寫(xiě)入到文件系統，但是該服務(wù)器卻并非如此，它會(huì )將接受到的數據塊寫(xiě)入到MCU FLASH（用戶(hù)FLASH區域中）。
注：在這個(gè)實(shí)現過(guò)程中，數據塊大小固定為512個(gè)字節。
圖3概述了使用TFTP實(shí)現IAP操作的過(guò)程。
圖3 使用TFTP實(shí)現IAP流程圖
使用軟件
要通過(guò)TFTP對IAP進(jìn)行測試，需執行以下步驟：
1. 在iap.h文件中，取消USE_IAP_TFTP選項的注釋。
2. 重新編譯軟件。使用生成的映射文件，確保IAP代碼區域之間沒(méi)有重疊（從地址0x0開(kāi)始），而且用戶(hù)FLASH區域從以下地址開(kāi)始：APP_START_SECTOR_ADDR（在iap.h中定義）。
3. 在A(yíng)T32 FLASH中編寫(xiě)并運行軟件程序。
4. 要進(jìn)入IAP模式，需要在按住開(kāi)發(fā)版上的USER Key。
5. 分配完IP后（可以是靜態(tài)或動(dòng)態(tài)地址），用戶(hù)即可啟動(dòng)IAP流程。
6. 在PC側，打開(kāi)TFTP客戶(hù)端（例如Tftpd64），然后配置TFTP服務(wù)器地址（Tftpd64中的主機地址）
7. 單擊Tftpd64實(shí)用程序中的Put（寫(xiě)入）按鈕，啟動(dòng)文件寫(xiě)請求
8. 在IAP操作結束時(shí)，可以復位開(kāi)發(fā)板并在A(yíng)T32 FLASH中運行剛剛編寫(xiě)的應用程序
圖4 TFTP64對話(huà)框
使用HTTP實(shí)現IAP
HTTP文件上傳概述
RFC1867中定義了使用HTTP進(jìn)行文件上傳。此文件上傳方法是基于HTTP表單。發(fā)送原始二進(jìn)制數據時(shí)，要使用HTTP POST方法而不是GET方法。
以下是一個(gè)HTML代碼示例，用于實(shí)現基于表單的文件上傳：
圖5 文件上傳HTML表單的瀏覽器畫(huà)面
注：在發(fā)送文件數據前，Web客戶(hù)端會(huì )首先發(fā)送HTTP頭文件數據，其中包含諸如文件名稱(chēng)和內容長(cháng)度等信息，Web 服務(wù)器必須對其中的一些信息進(jìn)行解析。
Web客戶(hù)端使用的HTTP頭文件格式并不總是相同。圖6顯示的是Internet Explorer在POST請求中的HTTP頭文件格式。圖7顯示的是Mozilla Firefox的HTTP頭文件格式。
HTTP Web服務(wù)器必須能夠處理這些不同的格式。
圖6 IE11 HTTP頭文件格式
圖7 Mozilla Firefox HTTP頭文件格式
使用HTTP在A(yíng)T32F407上實(shí)現IAP
此IAP實(shí)現由基于LwIP棧的HTTP Web服務(wù)器組成。
在瀏覽器中輸入的AT32的IP地址后，將顯示登錄Web頁(yè)面（圖8）。此登錄Web頁(yè)面只有已獲授權的用戶(hù)才能使用IAP文件上傳功能。
圖8 登錄web頁(yè)面
注：1. 默認的User ID（用戶(hù)ID）為user, Password（密碼）為at32
2. 如果User ID（用戶(hù)ID）或Password（密碼）不正確，登錄Web頁(yè)面會(huì )重新加載。
登錄成功后，瀏覽并選擇要上傳到AT32 FLASH的二進(jìn)制文件
注：確保二進(jìn)制文件大小不超過(guò)AT32用戶(hù)FLASH區域的總容量。
單擊Upload（上傳）按鈕后（參見(jiàn)圖x），將向服務(wù)器發(fā)出POST請求。這時(shí)，服務(wù)器開(kāi)始擦除用戶(hù)FLASH區域的全部?jì)热?，等待接受二進(jìn)制文件原始數據。然后將街收到的數據寫(xiě)入用戶(hù)FLASH區域。
注意，要接收的數據總長(cháng)度信息將從傳輸開(kāi)始時(shí)發(fā)出的HTTP頭文件數據中提取。
在IAP操作結束后，Web頁(yè)面將只是IAP操作成功，同時(shí)顯示一個(gè)可用于復位MCU的按鈕。
圖9 文件上傳完成web頁(yè)面
圖10對使用HTTP實(shí)現IAP方法進(jìn)行了總結
圖10 使用HTTP實(shí)現IAP的流程圖
使用軟體
要使用HTTP對IAP進(jìn)行測試，需執行以下步驟：
1. 在iap.h文件中，取消選項USE_IAP_HTTP的注釋。
2. 重新編譯軟件，使用生成的映射文件，確保IAP區域代碼之間沒(méi)有重疊（從地址0x0開(kāi)始），而且用戶(hù)FLASH區域從以下地址開(kāi)始：APP_START_SECTOR_ADDR（在iap.h中定義）。
3. 在A(yíng)T32 FLASH中編寫(xiě)并運行軟件程序。
4. 要進(jìn)入IAP模式，需要再按住開(kāi)發(fā)版上的USER Key。
5. 分配完IP地址后（可以是靜態(tài)或動(dòng)態(tài)地址），用戶(hù)即可啟動(dòng)IAP流程
6. 打開(kāi)Web客戶(hù)端（Mozilla Firefox或Internet Explorer），輸入AT32 IP地址
7. 會(huì )顯示登錄Web頁(yè)面。在User ID（用戶(hù)ID）字段中輸入”user”，在Password（密碼）字段中輸入”at32”，然后按下Login（登錄）按鈕。
8. IP操作結束后，將加載新的Web頁(yè)面，只是文件上傳操作已經(jīng)成功完成。
9. 可以按下Reset MCU（復位MCU）按鈕復位MCU，然后在A(yíng)T32 FLASH中運行剛剛編寫(xiě)的應用程序。
注：使用以下Web客戶(hù)端對軟件進(jìn)行測試：Microsoft Internet Explorer 11和Mozilla Firefox 80.0
已知限制
二進(jìn)制文件中添加的額外字節
Internet瀏覽器（Microsoft Internet Explorere或Mozilla Firefox）會(huì )在上傳的二進(jìn)制文件的末尾添加一個(gè)隨機邊界標記（根據RFC1521規定，此標記不得超過(guò)72個(gè)字節）。在最新的IAP軟件版本中，并沒(méi)有刪除此邊界標記，而是在空間足夠的情況下將其存儲在FLASH中。如果沒(méi)有足夠空間，則不會(huì )在FLASH中寫(xiě)入額外字節，也不會(huì )返回錯誤。
環(huán)境
硬件配置
1. DM9162以太網(wǎng)模塊
2. AT-START-F407開(kāi)發(fā)板
3. 以太網(wǎng)線(xiàn)
軟件源碼
utilities\at32f407_emac_iap_demo\source_code\bootloader, emac iap源程序，運行iap升級程序
MAC地址和IP地址設置
在netconf.h文件中對MAC地址進(jìn)行了定義。
默認的MAC地址固定為：00:00:44:45:56:01。
在netconf.h文件中對IP地址進(jìn)行了定義。
IP地址可以設置為靜態(tài)地址，也可以設置為由DHCP服務(wù)器分配的動(dòng)態(tài)地址。默認的靜態(tài)地址為：192.168.81.37。
可以通過(guò)在lwipopts.h文件中使能LWIP_DHCP來(lái)選擇DHCP模式。
軟件文件組成
表2 介紹了項目源文件
注：表格中沒(méi)有列出標準固件庫和LwIP棧中所使用的文件。
構建IAP映像
為了構建IAP映像（將會(huì )使用IAP軟件加載），應確保以下幾點(diǎn)：
1. 編譯/鏈接的軟件必須從用戶(hù)FLASH區域的起始地址開(kāi)始運行（此地址應與iap.h的
APP_START_SECTOR_ADDR 中所定義的地址相同）。
2. 將向量表的起始地址配置為用戶(hù)FLASH區域的起始地址：
A. 在應用程序代碼中，使用misc.h/.c驅動(dòng)程序的NVIC_SetVectorTable函數來(lái)重新定位應用程序加載地址的向量表。
例如，將向量表基本位置設置為0x08010000：
NVIC_SetVectorTable(NVIC_VectTab_FLASH, 0x10000);
B. 通過(guò)修改system_at32f4xx.c文件中定義的VECT_TAB_OFFSET常量的值。
例如，將向量表基本位置設置為0x08010000：
#define VECT_TAB_OFFSET 0x10000
3. 編譯后的軟件大小不超過(guò)用戶(hù)FLASH區域的總容量。
（來(lái)源：AT32 MCU 雅特力科技）
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