IAP概述

工作原理

在應用中編程(IAP)是一種在現場通過 MCU 通信接口（例如 USART、USB、CAN 和以太網）進行固件升級的方式。

啟動微控制器時，可以選擇讓其在以下任一模式運行：

IAP模式，用于執(zhí)行IAP代碼

正常模式，用于執(zhí)行應用程序代碼

無論是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，而用戶應用程序代碼則占據剩余的FLASH區(qū)域。

圖1介紹了IAP操作流程

使用MCU以太網接口實現IAP

如果有以太網可用，則它通常是嵌入式系統中實現IAP功能的首選接口，其優(yōu)勢包含：

高速通信接口(10/100 Mbps)

通過網絡(LAN或WAN)進行遠程編程

可以使用FTP、TFTP、HTTP等基于TCP/IP棧的標準應用協議實現IAP

通過以太網在AT32F407上實現IAP

本應用筆記將介紹兩種使用以太網通信外設在AT32F407上實現IAP的解決方案：

使用TFTP（簡單文件傳輸協議）的IAP

使用HTTP（超文本傳輸協議）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協議棧

使用TFTP實現IAP方法

使用TFTP實現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(zhí)行的簡單文件傳輸協議。此協議非常適合在局域網環(huán)境中使用。它基于客戶端/服務器架構，在這種架構中，客戶端會向服務器發(fā)出文件傳輸請求（讀取或寫入操作）。為實現IAP，需要在LwIP協議棧上實現一個簡單的TFTP服務器，服務器只須處理來自PC的TFTP客戶端的寫入請求即可。

使用HTTP實現IAP方法

使用HTTP協議進行固件升級沒有使用TFTP常見，但是在需要通過Internet進行遠程編程時，這種解決方案就顯得極為有用。這時，需要使用TCP傳輸協議來實現HTTP服務。

HTTP基于TCP協議運行，它提供了一個一種以HTML表單形式從Web客戶端(Mozilla Firefox或Microsoft Internet Explorer)發(fā)送一個二進制文件的方式。這稱為HTTP文件上傳(RFC1867)。

本文檔中的后續(xù)章節(jié)將詳細介紹這兩種IAP方法的實現，并會對如何使用軟件進行說明。

使用TFTP實現IAP

TFTP概述

TFTP是一種基于UDP的簡單文件傳輸協議。文件傳輸由TFTP客戶端發(fā)起，會向TFTP服務器發(fā)送讀取或寫入請求。服務器確認請求后，即開始進行文件數據傳輸。數據將以固定大小的塊盡情發(fā)送（例如每塊含512個字節(jié)）。

必須在每個發(fā)出的數據塊都得到接收方確認后，才可以發(fā)送下一個數據塊。這種確認機制通過隨各個數據塊一同發(fā)送的編塊號來實現。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實現IAP

此IAP實現由基于LwIP TCP/IP棧的TFTP服務器組成。

此服務器會對遠程TFTP客戶端(PC)發(fā)來的寫請求做出響應。

TFTP讀請求會被忽略。

TFTP通常會將接收到的文件寫入到文件系統，但是該服務器卻并非如此，它會將接受到的數據塊寫入到MCU FLASH（用戶FLASH區(qū)域中）。

注：在這個實現過程中，數據塊大小固定為512個字節(jié)。

圖3概述了使用TFTP實現IAP操作的過程。

圖3 使用TFTP實現IAP流程圖

使用軟件

要通過TFTP對IAP進行測試，需執(zhí)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(qū)域之間沒有重疊（從地址0x0開始），而且用戶FLASH區(qū)域從以下地址開始：APP_START_SECTOR_ADDR（在iap.h中定義）。

3. 在AT32 FLASH中編寫并運行軟件程序。

4. 要進入IAP模式，需要在按住開發(fā)版上的USER Key。

5. 分配完IP后（可以是靜態(tài)或動態(tài)地址），用戶即可啟動IAP流程。

6. 在PC側，打開TFTP客戶端（例如Tftpd64），然后配置TFTP服務器地址（Tftpd64中的主機地址）

7. 單擊Tftpd64實用程序中的Put（寫入）按鈕，啟動文件寫請求

8. 在IAP操作結束時，可以復位開發(fā)板并在AT32 FLASH中運行剛剛編寫的應用程序

圖4 TFTP64對話框

使用HTTP實現IAP

HTTP文件上傳概述

RFC1867中定義了使用HTTP進行文件上傳。此文件上傳方法是基于HTTP表單。發(fā)送原始二進制數據時，要使用HTTP POST方法而不是GET方法。

以下是一個HTML代碼示例，用于實現基于表單的文件上傳：

圖5 文件上傳HTML表單的瀏覽器畫面

注：在發(fā)送文件數據前，Web客戶端會首先發(fā)送HTTP頭文件數據，其中包含諸如文件名稱和內容長度等信息，Web 服務器必須對其中的一些信息進行解析。

Web客戶端使用的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AT32F407上實現IAP

此IAP實現由基于LwIP棧的HTTP Web服務器組成。

在瀏覽器中輸入的AT32的IP地址后，將顯示登錄Web頁面（圖8）。此登錄Web頁面只有已獲授權的用戶才能使用IAP文件上傳功能。

圖8 登錄web頁面

注：1. 默認的User ID（用戶ID）為user, Password（密碼）為at32
2. 如果User ID（用戶ID）或Password（密碼）不正確，登錄Web頁面會重新加載。

登錄成功后，瀏覽并選擇要上傳到AT32 FLASH的二進制文件

注：確保二進制文件大小不超過AT32用戶FLASH區(qū)域的總容量。
單擊Upload（上傳）按鈕后（參見圖x），將向服務器發(fā)出POST請求。這時，服務器開始擦除用戶FLASH區(qū)域的全部內容，等待接受二進制文件原始數據。然后將街收到的數據寫入用戶FLASH區(qū)域。

注意，要接收的數據總長度信息將從傳輸開始時發(fā)出的HTTP頭文件數據中提取。

在IAP操作結束后，Web頁面將只是IAP操作成功，同時顯示一個可用于復位MCU的按鈕。

圖9 文件上傳完成web頁面

圖10對使用HTTP實現IAP方法進行了總結

圖10 使用HTTP實現IAP的流程圖

使用軟體

要使用HTTP對IAP進行測試，需執(zhí)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(qū)域代碼之間沒有重疊（從地址0x0開始），而且用戶FLASH區(qū)域從以下地址開始：APP_START_SECTOR_ADDR（在iap.h中定義）。

3. 在AT32 FLASH中編寫并運行軟件程序。

4. 要進入IAP模式，需要再按住開發(fā)版上的USER Key。

5. 分配完IP地址后（可以是靜態(tài)或動態(tài)地址），用戶即可啟動IAP流程

6. 打開Web客戶端（Mozilla Firefox或Internet Explorer），輸入AT32 IP地址

7. 會顯示登錄Web頁面。在User ID（用戶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頁面，只是文件上傳操作已經成功完成。

9. 可以按下Reset MCU（復位MCU）按鈕復位MCU，然后在AT32 FLASH中運行剛剛編寫的應用程序。

注：使用以下Web客戶端對軟件進行測試：Microsoft Internet Explorer 11和Mozilla Firefox 80.0

已知限制

二進制文件中添加的額外字節(jié)

Internet瀏覽器（Microsoft Internet Explorere或Mozilla Firefox）會在上傳的二進制文件的末尾添加一個隨機邊界標記（根據RFC1521規(guī)定，此標記不得超過72個字節(jié)）。在最新的IAP軟件版本中，并沒有刪除此邊界標記，而是在空間足夠的情況下將其存儲在FLASH中。如果沒有足夠空間，則不會在FLASH中寫入額外字節(jié)，也不會返回錯誤。

環(huán)境

硬件配置

1. DM9162以太網模塊

2. AT-START-F407開發(fā)板

3. 以太網線

軟件源碼

utilitiesat32f407_emac_iap_demosource_codebootloader, 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服務器分配的動態(tài)地址。默認的靜態(tài)地址為：192.168.81.37。

可以通過在lwipopts.h文件中使能LWIP_DHCP來選擇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（將會使用IAP軟件加載），應確保以下幾點：

1. 編譯/鏈接的軟件必須從用戶FLASH區(qū)域的起始地址開始運行（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FLASH區(qū)域的起始地址：
A. 在應用程序代碼中，使用misc.h/.c驅動程序的NVIC_SetVectorTable函數來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用戶FLASH區(qū)域的總容量。

來源：AT32 MCU 雅特力科技

審核編輯：湯梓紅