CN103745167B

CN103745167B - 单片机的iap方法及装置

Info

Publication number: CN103745167B
Application number: CN201310754479.3A
Authority: CN
Inventors: 欧昊
Original assignee: GUANGDONG LINGNAN PASS CO Ltd
Current assignee: GUANGDONG LINGNAN PASS CO Ltd
Priority date: 2013-12-31
Filing date: 2013-12-31
Publication date: 2016-10-26
Anticipated expiration: 2033-12-31
Also published as: CN103745167A

Abstract

本发明公开了一种单片机的IAP方法及装置，方法包括：获取IAP代码并跳转到IAP代码在RAM中的执行起始地址，读取芯片信息，配置接口模块为IAP服务；通过数据解密操作接收外部传入的数据报文，同时擦除存储区域，将新接收到的数据报文写入到该擦除的存储区域内；接收数据报文完整时，取出APP代码的复位向量，跳转到启动APP程序的起始地址。本发明在进入到IAP服务后采用数据解密操作接收数据报文，而且采用边接收、边擦除、边写入的方式处理数据报文，程序运行的过程中能够形成一机一密的机制，随时可以核对，因此在运行的稳定性和数据的安全性方面有了大幅的提升。

Description

单片机的IAP方法及装置

技术领域

本发明涉及单片机程序升级处理技术领域，具体涉及一种单片机的IAP方法及装置，尤其是一种基于STM32芯片的单片机的IAP方法及装置。

背景技术

单片机的在线编程目前有两种实现方法：在***编程（ISP）和在应用编程（IAP）。ISP一般是通过单片机专用的串行编程接口对单片机内部的Flash存储器进行编程,而IAP技术是从结构上将Flash存储器映射为两个存储体,当运行一个存储体上的用户程序时，可对另一个存储体重新编程,之后将控制从一个存储体转向另一个。ISP的实现一般需要很少的外部电路辅助实现，而IAP的实现更加灵活，通常可利用单片机的串行口接到计算机的RS232口，通过专门设计的固件程序来编程内部存储器。ISP和IAP很相似，都是在无需要把芯片从电路板上卸下的情况下，就能达到了用PC-MCU的编程接口（JTAG、串口、双绞线、SPI等）的新程序版本的升级的目的。MCU内部都是首先执行一段独立的Boot代码（这段Boot代码一般是出厂预置，或使用编程器烧录的，通常只有1k或4k，SST通常是占用一块独立的Block，Philips（飞利浦公司）通常是让BootROM地址与其他Flash重叠，以达到隐藏的效果），Boot负责控制擦除程序存储器及给程序存储器编程的代码（或是处理器外部提供的执行代码），然后通过某种与PC计算机的通信方式（如，ether网口），将用户指定的某个在PC上编译完成的MCU可运行的二进制代码文件编程入MCU内的程序存储器。

ISP是指可以在板级上进行编程，也就是不用拆芯片下来，写的是整个程序，一般是通过ISP接口线来写。IAP虽然同样也是在板级上进行编程，但是属于自已对自已进行编程，在应用中进行编程，也即可以只是更改某一部分而不影响***的其它部分，另外接口程序是自已写的，这样可以进行远程升级而不影响应用，在实际应用场景中显得更加灵活，但仍然存在稳定性、数据安全性以及数据处理效率方面的缺陷问题。

发明内容

本发明提供一种单片机的IAP方法及装置，能够使IAP编程稳定、数据更加安全、数据处理效率高，以解决上述问题。

本发明实施例提供的一种单片机的IAP方法，包括如下步骤：

A：获取IAP代码并跳转到IAP代码在RAM中的执行起始地址，读取芯片信息，所述芯片信息包括：容量、页大小、序列号；配置接口模块为IAP服务；

B：通过数据解密操作接收外部传入的数据报文，同时擦除存储区域，将新接收到的数据报文写入到该擦除的存储区域内；

C：检验接收到的数据报文是否完整，如果是，则执行步骤D，如果否，则重新启动处理；

D：取出APP代码的复位向量，跳转到启动APP程序的起始地址。

优选地，在步骤A之前采用3DES加密算法读出32位UID发给单片机的上位机，以该32位UID作为密钥，所述步骤B中数据解密操作包括以相应的3DES算法做解密运算。

优选地，所述步骤A之前还包括A0：判断报文是否带有升级标志，如果是，则执行步骤A，且当检验接收到的数据报文完整时，先设置读写保护，擦除升级标志后再执行步骤D，如果否，则结束处理。

优选地，当判断出报文带有升级标志时，继续判断APP代码是否完整，如果完整，则执行步骤A，如果不完整，则结束处理。

本发明实施例还提供了一种单片机的IAP装置，包括：

初始配置模块，用于获取IAP代码并跳转到IAP代码在RAM中的执行起始地址，读取芯片信息，所述芯片信息包括：容量、页大小、序列号；配置接口模块为IAP服务；

解密操作模块，用于通过数据解密操作接收外部传入的数据报文，同时擦除存储区域，将新接收到的数据报文写入到该擦除的存储区域内；

报文检验模块，用于检验接收到的数据报文是否完整，如果是，则执行升级复位模块，如果否，则重新启动处理；

升级复位模块，用于取出APP代码的复位向量，跳转到启动APP程序的起始地址。

优选地，还包括：加密处理模块，用于在初始配置模块执行前采用3DES加密算法读出32位UID发给单片机的上位机，以该32位UID作为密钥，解密操作模块中数据解密操作包括以相应的3DES算法做解密运算。

优选地，还包括：升级判断模块，用于在执行初始配置模块之前判断报文是否带有升级标志，如果是，则执行初始配置模块，且当检验接收到的数据报文完整时，先设置读写保护，擦除升级标志后再执行升级复位模块，如果否，则结束处理。

优选地，还包括：APP检验模块，用于当判断出报文带有升级标志时，继续判断APP代码是否完整，如果完整，则执行初始配置模块，如果不完整，则结束处理。

上述技术方案可以看出，由于本发明实施例在进入到IAP服务后采用数据解密操作接收数据报文，而且采用边接收、边擦除、边写入的方式处理数据报文，程序运行的过程中能够形成一机一密的机制，随时可以核对，因此在运行的稳定性和数据的安全性方面有了大幅的提升。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明实施例1中单片机的IAP方法的流程图；

图2是本发明实施例2中单片机的IAP方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

本发明实施例提供一种单片机的IAP方法，以STM32系列单片机为例，而其他类型单片机只需在参数上做出适应性调整即可，此处不一一举例。

如图1所示，该单片机的IAP方法包括如下步骤。

步骤101：获取IAP代码并跳转到IAP代码在RAM中的执行起始地址，读取芯片信息，所述芯片信息包括：容量、页大小、序列号；配置接口模块为IAP服务。本步骤中，该接口模块为RS232接口模块或USB接口模块，能够使单片机与上位机的通讯连接更加稳定，通用性更强。

本步骤中芯片信息中的容量、页大小、序列号信息能够帮助单片机与单片机之间建立高效的通讯，快速验证单片机与上位机之间的数据连接关系，为应用编程做准备。

步骤102：通过数据解密操作接收外部传入的数据报文，同时擦除存储区域，将新接收到的数据报文写入到该擦除的存储区域内。

本步骤中单片机自身生成一口令，然后在应用编程启动前发送给其上位机，由上位机根据该口令生成密钥，单片机采用上位机相应的解密算法进行数据解密操作，解密成功后接收该数据报文。

为了进一步实现空间的合理应用，以及及时保证程序代码的更新，本步骤中会在接收数据报文的同时，边擦除存储区域，边将新收到的数据报文写入到该擦除的存储区域内。

步骤103：检验接收到的数据报文是否完整。

本步骤中，如果接收到的数据报文是完整的，则说明应用编程已顺利完成，可以进入到下一步骤104；如果接收到的数据报文并不完整，则说明应用编程遇到了相关的问题，如通讯中断、数据接收失败等，需要进入到步骤105：重新启动处理，此处重新启动处理，即跳转到程序运行的开始地址处。

步骤104：取出APP（application的简写，因此被称为应用）代码的复位向量，跳转到启动APP程序的起始地址。

本步骤中应用编程的数据报文更新完成，因此，需要重新回转到APP程序，首先取出APP代码的复位向量，用于实现APP程序的及时恢复，当取出APP代码的复位向量后，按照该复位向量，跳转到启动APP程序的起始地址，实现了IAP到APP运行转换。

实施例2：

本发明实施例以实施例1作为基础，做出更加具体的完善，以进一步实现相应的功能效果。

如图2所示，本发明实施例在升级程序（即IAP）启动前，执行步骤201：采用3DES加密算法读出32位UID（用户身份证明，User Identification的缩写）发给单片机的上位机，以该32位UID作为密钥，因此，在代码加密方面，本发明实施例方法采用的是3DES加密算法，通过读出32位UID，并在升级前从串口发给上位机，以此做密钥加解密，从而形成一机一密的机制，具有更好的安全性，程序运行过程中随时可以核对。

然后执行步骤202：判断报文是否带有升级标志。可以理解，本发明实施例增加升级标志能够使程序升级被快速识别，增加了程序升级的效率。如果报文中并未带有升级标志，则说明该程序无需升级，可直接结束处理；如果报文中带有升级标志，则可以继续运行下一步骤，实现升级程序。本发明实施例中在判断出报文中带有升级标志时，会继续判断APP代码是否完整，如果APP代码不完整，则需要结束处理，如果APP代码完整，则证明具备了程序升级的必要条件。

因此，执行步骤204：获取IAP代码并跳转到IAP代码在RAM中的执行起始地址，读取芯片信息，所述芯片信息包括：容量、页大小、序列号；配置接口模块为IAP服务。此步骤与上述实施例1中的步骤101在原理上相同，具体可以参见上述实施例1中的描述，此处不一一赘述。

在步骤204中建立起程序升级的准备条件后，在步骤205中，通过数据解密操作接收外部传入的数据报文，等待下载。由于在步骤201中以3DES加密算法进行加密处理，因此步骤205中的数据解密操作为以相应的3DES算法做解密运算。一旦获得解密操作，则开始接收数据报文，此时会存在一定的等待时间，即等待下载，因此，单片机***仍然会进行步骤206：判断等待是否超时，如果等待超时，则需要执行步骤212：重新启动处理，本发明实施例中重新启动处理是指进入到程序的开始步骤，即由步骤201开始执行；如果等待未超时，则执行步骤207，即正常进入到下载进程，边接收数据，边擦除存储区域，边将新接收的数据报文写入该擦除的存储区域，保证了数据空间的合理应用，也能够及时刷新更新后的程序代码。

由于存在下载和写入的动作，因此，此时还需执行步骤208，仍然为判断等待是否超时，如果超时，则仍需要进入步骤212：重新启动处理；如果等待未超时，则说明下载与写入的动作顺利，此时，执行步骤209：检验接收到的数据报文是否完整，只有完整的数据报文才能够被应用，因此一旦数据报文不完整，则进入到步骤212：重新启动处理；如果数据报文完整，则说明程序升级成功，代码写入准确无误，此时需要执行步骤210：设置读写保护，擦除升级标志。在此状态下，能够保证数据报文被安全的执行，不受外界条件影响，在升级完成后需要擦除升级标志，避免发生重复升级的现象。

当升级标志擦除后，执行步骤211：取出APP代码的复位向量，跳转到启动APP程序的起始地址。本步骤与上述实施例1中的步骤104在原理上相同，具体内容可以参见实施例1的描述，此处仍不赘述。

由上述技术方案可以看出，STM32系列单片机在读保护状态下，只允许从用户代码中对主闪存存储器的读操作(以非调试方式从主闪存存储器启动)。通过从内置SRAM或FSMC执行代码访问主闪存存储器的操作，通过DMA1、DMA2、JTAG、SWV(串行线观察器)、SWD(串行线调试)、ETM和边界扫描方式对闪存的访问都将被禁止。

在读保护状态下，主闪存最前4KByte自动被写保护，写保护是以4KByte为单位。编程以半字（16位）为单位，时间40us~70us，编程之前要求对应位置内容为0xffff。在115.2Kbps波特率下，接收1页(设1KB)，需时 1K*(1b+8b+1b)/115200bps = 88.89ms。擦除1页需时(最多) 40ms，编程 1KB 需时 1KB/(2B/半字) * 70us = 35.84ms。代码执行的时间为 88.89 - 40 - 35.84 = 13ms，为STM32系列的单片机芯片预留了充足的处理时间。

在代码完整性校验方面，本发明实施例方法中采用的是异或冗余校验位的方式对数据的完整性进行检测，同时判断向量表最开始的MSP值和复位向量值的合法性，复位向量指向应用程序所在区域，本方法中主闪存前4KB为IAP程序区，后面剩余容量为APP程序区。

在代码加密方面，本发明实施例方法采用的是3DES加密算法，通过读出32位UID，并在升级前从串口发给上位机，以此做密钥加解密，从而形成一机一密的机制，程序运行过程中随时可以核对。

在擦除或者编程时，本方法将从FLASH的取指操作将导致CPU暂停运行，IAP程序负责将含中断向量表共4KB的内容全数复制到RAM中，然后跳转到 RAM中继续运行，在这个过程中需要作越位检查，确保程序不会被32位地址跳转指令（即BX和BLX这种通过寄存器跳转的指令）影响。

为了代码安全，需读保护一直处于开启状态，每次复位，boot(本发明实施例方法中的IAP部分)程序都检查，无论IAP下载还是APP运行，都不需要解除读保护，读保护会附带写保护IAP代码这4KB空间。

实施例3：

本发明实施例提供了一种单片机的IAP装置，包括：

具体地，还包括：加密处理模块，用于在初始配置模块执行前采用3DES加密算法读出32位UID发给单片机的上位机，以该32位UID作为密钥，解密操作模块中数据解密操作包括以相应的3DES算法做解密运算。

具体地，还包括：升级判断模块，用于在执行初始配置模块之前判断报文是否带有升级标志，如果是，则执行初始配置模块，且当检验接收到的数据报文完整时，先设置读写保护，擦除升级标志后再执行升级复位模块，如果否，则结束处理。

具体地，还包括：APP检验模块，用于当判断出报文带有升级标志时，继续判断APP代码是否完整，如果完整，则执行初始配置模块，如果不完整，则结束处理。

需要说明的是，上述装置和***内的各单元之间的信息交互、执行过程等内容，由于与本发明方法实施例基于同一构思，具体内容可参见本发明方法实施例中的叙述，此处不再赘述。

本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器（ROM，Read Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、磁盘或光盘等。

以上对本发明实施例所提供的一种单片机的IAP方法及装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims

1.单片机的IAP方法，其特征在于，包括如下步骤：

D：取出APP代码的复位向量，跳转到启动APP程序的起始地址；

在步骤A之前采用3DES加密算法读出32位UID发给单片机的上位机，以该32位UID作为密钥，所述步骤B中数据解密操作包括以相应的3DES算法做解密运算；

所述步骤B中在接收数据报文的同时，边擦除存储区域，边将新收到的数据报文写入到该擦除的存储区域内。

2.如权利要求1所述的单片机的IAP方法，其特征在于，所述步骤A之前还包括A0：判断报文是否带有升级标志，如果是，则执行步骤A，且当检验接收到的数据报文完整时，先设置读写保护，擦除升级标志后再执行步骤D，如果否，则结束处理。

3.如权利要求2所述的单片机的IAP方法，其特征在于，当判断出报文带有升级标志时，继续判断APP代码是否完整，如果完整，则执行步骤A，如果不完整，则结束处理。

4.单片机的IAP装置，其特征在于，包括：

初始配置模块，用于获取IAP代码并跳转到IAP代码在RAM中的执行起始地址，读取芯片信息，所述芯片信息包括：容量、页大小、序列号；

配置接口模块为IAP服务；

升级复位模块，用于取出APP代码的复位向量，跳转到启动APP程序的起始地址；

加密处理模块，用于在初始配置模块执行前采用3DES加密算法读出32位UID发给单片机的上位机，以该32位UID作为密钥，解密操作模块中数据解密操作包括以相应的3DES算法做解密运算；

在所述解密操作模块中在接收数据报文的同时，边擦除存储区域，边将新收到的数据报文写入到该擦除的存储区域内。

5.如权利要求4所述的单片机的IAP装置，其特征在于，还包括：

升级判断模块，用于在执行初始配置模块之前判断报文是否带有升级标志，如果是，则执行初始配置模块，且当检验接收到的数据报文完整时，先设置读写保护，擦除升级标志后再执行升级复位模块，如果否，则结束处理。

6.如权利要求5所述的单片机的IAP装置，其特征在于，还包括：

APP检验模块，用于当判断出报文带有升级标志时，继续判断APP代码是否完整，如果完整，则执行初始配置模块，如果不完整，则结束处理。