在以物聯網、大數據、云計算為代表的信息科技爆炸式發展的今天，嵌入式產品越來越豐富，并且版本的升級迭代速度非常快。如果需要對軟件代碼進行升級，或者生產廠家想要對產品進行修改，就必須到現場重新燒寫程序。這樣，從時間到成本都造成了很大的開銷，非常不靈活。因此遠程更新MCU的固件就成為解決這一問題的有效手段。本文以STM32F103VET6 為平臺，使用GPRS通信方式和IAP 技術實現MCU固件的遠程更新。該技術對于具備GPRS通信的嵌入式產品有很好的幫助，對3G或者4G的嵌入式產品也有借鑒的意義。
1系統的硬件設計
本系統的結構如圖1所示。MCU使用芯片STM32F103VET6，該處理器是意法半導體（ST）公司發布的基于CortexM3內核的增強型系列處理器，工作頻率最高達到72 MHz，帶有片內RAM、片內Flash和豐富的外設。GPRS模塊的型號是G510。MCU通過串口，使用AT命令與G510模塊進行數據交互。USB轉串口模塊作為PC與MCU的數據交互的有效手段，通過打印數據信息就可以知道MCU的工作狀態。電源模塊產生兩種電壓，包括為MCU和USB模塊供電的3.3 V電壓和為GPRS模塊供電的4.0 V電壓。
2MCU的地址
STM32F103VET6的內核是CortexM3，它的存儲系統采用統一尋址方式，程序存儲器、數據存儲器、寄存器和輸入輸出接口被組織在同一個4 GB的線性地址空間內。存儲空間被分成8個主要塊，每個塊為512 MB。以STM32F103VET6處理器為例， 圖2為代碼塊和片內SRAM的地址映射圖。STM32F103VET6有512 KB的Flash存儲空間，地址從008000000至00807ffff;有64 KB的SRAM，地址從020000000到02000ffff。
通過設置BOOT［1:0］引腳值為00，使STM32F103 VET6上電后從Flash的008000000地址處開始執行代碼。
3IAP技術的實現
3.1IAP技術原理
在應用編程（IAP）技術是指MCU在執行用戶程序的過程中對片內Flash 的部分區域進行擦寫，把真正的用戶二進制代碼燒寫到Flash中。在這里，IAP的程序要實現兩個功能： 一是通過GPRS通信接收已經編譯鏈接好的二進制的應用代碼到內存；二是將應用代碼燒寫到片內Flash 中。系統復位后，MCU首先執行IAP和GPRS通信程序，此段代碼必須使用硬件燒寫器，比如Jlink燒寫到MCU中；等待MCU接收并燒寫好真正的功能代碼后，跳轉至此段代碼開始執行用戶程序。這兩段代碼都是燒寫在片內Flash中，必須保證兩段代碼的存放區域不能重疊，否則會出現程序覆蓋，將無法正確執行用戶程序。通過設置標志位，并且存儲到Flash中，來判斷上電后執行的是IAP程序還是用戶程序。
3.2燒寫文件格式
IAP驅動和GPRS通信程序是用MDK編譯器生成的HEX文件，通過JTAG燒寫到STM32F103VET6的Flash中，起始地址是008000000。由于MDK產生的是HEX文件，因此需要使用轉換工具將用于通過GPRS通信方式從服務器端下發到終端的固件代碼由HEX文件格式轉換成BIN文件格式。終端將新的固件代碼寫入到Flash中，起始地址設為008020000。
3.3軟件實現
由于要更新的固件的存儲地址是008020000，因此需要調整新固件的中斷向量表的地址：NVIC＿SetVectorTable(NVIC＿VectTab＿FLASH,008020000)。使用起始地址為00807f800最后一頁Flash存儲字符型變量Update_Flag，該變量的值保存了固件更新的狀態。當Update_Flag等于0時，代表無應用程序，MCU執行IAP驅動和GPRS通信程序；當Update_Flag等于1時，代表應用程序是已經寫入Flash中的有效代碼，則MCU執行新的固件程序。系統的軟件流程如圖3所示。
連接的流程圖STM32F103VET6與GPRS模塊的數據交互通過串口來完成，終端與服務器的連接建立的過程如圖4所示。建立連接后，MCU可以發送報文A1向服務器請求新固件。服務器收到此報文后，把要發送的BIN格式的新固件按照表1所示的報文格式發送至終端。幀長度是包含從類型到校驗位的總長度。這里考慮到G510傳輸每幀數據的最長字節數和Flash寫操作的方便性，設定數據區的最大長度為1024 B。服務器端打開BIN格式的文件，并且按照表1所示的幀格式把數據裝載成幀A2，然后發送。用幀計數來避免因為網絡擁堵等問題造成的數據傳輸錯誤。采用應答式的交互方式，終端每次收到一條固件幀，就以正確幀R1或者錯誤幀R2回應。R1和R2中包含幀計數和服務器端設置延時，發送完一幀數據后，延時5 s，在這段時間內，沒有收到回應的數據則重發。服務器發送完最后一幀固件數據，并且收到正確的回答后，再發送一幀結束數據A3，使終端知道固件已經全部發送完畢。具體的服務器和終端的數據傳輸的流程圖如圖5所示。
先使用JTAG把IAP驅動和GPRS通信的代碼寫入到Flash的起始地址008000000處，然后復位終端，等待終端與服務器建立好連接。服務器使用圖6所示的客戶端界面形成規范的報文，然后發送到終端，實現終端固件的遠程更新。
4結論
通過實驗，用戶代碼被正常執行，說明遠程更新已經正常實現。因此，IAP 技術為遠程更新用戶代碼提供了極大的方便，不僅能夠提高產品性能，增強產品的功能，而且大大降低了企業產品運營和維護的成本，是一門實用性很強的技術，在將來的3G、4G等嵌入式產品中將會被廣泛地使用。
