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一、OTA与BootLoader的功能
1、OTA的功能
（1）为单片机升级程序的办法可分为两种------本地下载与OTA升级。
（2）本地下载要求找到需要刷写程序的单片机实体才能进行，比如通过串口下载程序。
（3）OTA升级不需要找到需要刷写程序的单片机实体，当发生版本迭代时，开发者把新版本的程序上传到服务器，用户端从服务器把最新版本的程序下载后，由BootLoader负责把新版本的程序更新到Flash中，从而实现远程升级（前提是设备能够联网）。
2、BootLoader的功能
（1）BootLoader也是单片机中的一段程序，它也需要由程序员进行开发。
（2）BootLoader必须具备的功能：
①当发生OTA事件时，先通过能联网的模块与服务器建立连接，下载最新版本的软件，下载完毕后，BootLoader将A分区（Flash中存放应用功能程序的区域）中的老版本程序擦除，再将新版本的应用功能程序写入A分区，完成写入后，重启单片机，再次执行BootLoader，BootLoader直接将指令指针指向A分区。
②没有OTA事件时，BootLoader直接将指令指针指向A分区，使得单片机运行A分区中的应用功能程序。
（3）BootLoader可选择实现的功能（包括但不限于）：
①通过串口更新A分区的应用功能程序。
②设置物联网平台要求的OTA初始版本号。
③利用外部大容量Flash存放多个应用功能程序文件，当有需求时，直接从外部Flash中读取应用功能程序文件数据并写入A分区。
二、设计BootLoader程序的注意事项
1、OTA标志（OTA Flag）
（1）需要设置OTA Flag用于标记是否有OTA事件，该标志需要存储在EPPROM中，一旦有更新，EPPROM中的OTA Flag也要同步更新，以保证该标志位不会被异常重置。
（2）OTA Flag的置位逻辑：
①当OTA事件发生时，单片机控制通信模块连接服务器，将新版本程序下载至外部Flash中，当下载完成后，置位OTA Flag（置位通常由应用功能程序负责），并重启单片机（单片机重启后先运行BootLoader，从而执行更新程序的操作）。
②当BootLoader程序完成A分区程序更新后，将OTA Flag清除，再重启单片机（单片机重启后先运行BootLoader，BootLoader直接将指令指针指向A分区）。
（3）OTA Flag的使用逻辑：
①运行BootLoader程序时，如果判断OTA Flag没有被置位，则BootLoader将指令指针指向A分区，以运行应用功能程序。
②运行BootLoader程序时，如果判断OTA Flag有被置位，则BootLoader执行更新A分区应用功能程序的操作。
（4）OTA Flag工作流示意：
2、Flash分区
（1）前面提及过分区的概念，可人为地将Flash划分为B区和A区，B区的地址在A区前面，B区存放BootLoader程序，A区存放应用功能程序。
（2）对于单片机本身来说，只要复位，都会从Flash的起始位置开始运行，如果使用了BootLoader程序，那么单片机就会从B区首条指令开始运行，也就是Flash的第一条指令。
（3）当使用了BootLoader程序时，单片机不可能每次上电都把BootLoader完完整整地跑一遍，才将指令指针指向A区，因此BootLoader中应该有跳转指令，满足某些条件后，直接将指令指针指向A区。
（4）B区地址在A区之前的原因：
①假设A区地址在B区之前，当发生OTA事件时，指令指针跳转到B区运行BootLoader程序，将A区中的内容擦除，再往A去写入新版本的应用功能程序，如果在刷写进度为50%时发生异常事件（如单片机掉电）导致刷写被中断，那么设备恢复正常后，指令指针仍默认指向Flash的首地址，也就是A区的第一条指令，但此时A区中的应用功能程序不完整，运行不完整的程序是很危险的，而因为指令指针无法跳转至B区，BootLoader也就无法重新更新A区的程序。
②假设B区地址在A区之前，当发生OTA事件时，指令指针跳转到B区运行BootLoader程序，将A区中的内容擦除，再往A去写入新版本的应用功能程序，如果在刷写进度为50%时发生异常事件（如单片机掉电）导致刷写被中断，那么设备恢复正常后，指令指针仍默认指向Flash的首地址，也就是B区的第一条指令，从而运行完整的BootLoader程序，由于刷写未完成，OTA Flag未置位，BootLoader将继续进行应用功能程序刷写流程，直到刷写完成。
3、程序下载方式
（1）前面提到过，从服务器下载的新版本程序会存放在外设大容量Flash（如W25Q64，SPI接口的串行NOR Flash存储器芯片）中，即便单片机掉电，下载的程序也不会丢失。
（2）从服务器下载新版本程序采用的是"分片"的方式，每下载"一片"就将其存放在外设大容量Flash中。
三、BootLoader程序功能规划
1、处理OTA事件
这是必须具备的功能，当OTA Flag置位时，BootLoader更新A区程序，否则将指令指针跳转至A区第一条指令，运行A区程序
2、通过串口刷写程序
（1）上位机通过串口发送程序文件，BootLoader应能将其接收并写入A分区中。
（2）对于STM32，其自带串口下载功能，刷写前，需要置BOOT0引脚为高电平，进入软件刷写模式，通过串口完成刷写后，再将BOOT0引脚复位为低电平，进入正常运转模式。
（3）下图所示的是STM32的程序自动下载电路原理图。
①该电路由1个S8550三极管、1个S8050三极管、1个阻值为10kΩ的电阻、3个阻值为1kΩ的电阻和一个1N4007W_C7528871二极管（作用是提供一个钳位）组成。
②如下表所示，该表反映了复位时BOOT0和BOOT1电平组合对应的单片机启动方式，单片机在复位时会对这两个引脚进行采样，根据采样结果选择对应的启动方式。
1\] 从Flash启动：单片机启动后进入正常工作状态。 \[2\] 下载启动：单片机启动后从串口下载程序。 \[3\] 从SARM启动：用于一些调试场合，不太常见，此处不进行详细介绍。  ③该电路通过BOOT0、DTR和RTS控制RST的电平，其中DTR和RTS由CH340C芯片输出，而CH340C芯片又通过USB通信与上位机交互，所以在上位机中可以直接配置DTR和RTS，同时在开发板上通过跳线帽可选择BOOT0和BOOT1的电平，由此控制单片机启动方式。需要说明的是，CH340C芯片中DTR和RTS使用的是负电平逻辑（可通过标识"#"识别），上位机中将它们配置为低电平，实际上引脚出输出的是高电平。   ④电路工作原理分析（以上图刷写程序过程为例）： \[1\] 当上位机配置DTR为低电平、RTS为高电平，则DTR实际为高电平、RTS实际为低电平，此时S8050导通，RTS的电平与1N4007W阴极侧电平近似相等，则RST为低电平，同时S8550也导通，BOOT0的电平与网络VCC+3.3V的电平近似相等，则BOOT0为高电平，此时BOOT1通过跳线帽连接地，则其为低电平，单片机进入BootLoader。（如上图所示，会延时100ms，主要是为了给单片机的RST引脚留出响应时间） \[2\] 单片机复位后，上位机置DTR为高电平（RTS不变），则DTR实际为低电平，此时S8050关断，RST为高电平，同时S8550导通，BOOT0的电平与网络VCC+3.3V的电平近似相等，则BOOT0为高电平，此时BOOT1通过跳线帽连接地，则其为低电平，由此可知，此刻单片机结束复位状态，进入下载启动模式，开始从串口下载程序。 \[3\] 程序刷写完毕后，上位机置RTS为低电平（DTR不变），则RTS实际为高电平，此时S8050关断，RST为高电平，同时S8550关断，BOOT0和BOOT1都通过跳线帽连接地，则它们均为低电平，由此可知，此刻单片机完成程序下载，进入正常工作模式。 ### 3、设置初始软件版本号 （1）使用平台的OTA功能时，单片机需要维护当前软件的版本号，与服务器连接后，将软件版本号上报，若服务器判断单片机程序版本老旧，就可以主动发送询问，确认用户是否需要升级程序。  （2）版本号需时刻保存在EEPROM中，可以在BootLoader中设计命令行，输入命令，再输入初始版本号，让BootLoader将其保存到EEPROM中，这个初始版本号相当于一个默认值，只要刷写其它版本的应用功能程序，那么这个默认值就会被覆盖。 ### 4、多程序切换 （1）设计不同的程序，让单片机能够实现不同的功能，当需要哪个程序时，就执行哪个程序的代码，但单片机的Flash空间并不是无限大，当可选程序过多时，显然不能把所有可选程序放在Flash中（Flash可以分区存放多个程序），对此可以将暂不使用的程序存储在外部大容量Flash中（如W25Q64），当需要运行哪个程序，就输入相应的命令，BootLoader接收命令后将对应的程序从外设Flash中读出，并更新至A区。 （2）当然，程序不一定存储在外部大容量Flash中，也可以存放在服务器中，这样，输入响应的命令后，BootLoader就从服务器下载相应的程序，并更新至A区。 （3）如果不同程序之间存在数据交互，可以通过EEPROM实现。 