STM32F103系列微控制器在應(yīng)用編程技術(shù)研究
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STM32F103系列芯片下載程序主要通過JTAG以及ISP(In-System Programming)這兩種方式。其中JTAG需要專門的下載器，這種方式主要用于軟件調(diào)試。
ISP是在系統(tǒng)編程，指的是利用STM32F103中自帶的Bootloader程序，通過通信接口擦除和下載用戶代碼。STM32F103系列芯片中引腳BOO T0和BOOT1置位為1和0時就會進(jìn)入ISP模式，但下載程序完成后需要將BOOT0和BOOT1都置為0，才能進(jìn)入正常工作模式。這就使得在下載程序完成后需要設(shè)置跳線帽等機(jī)械性的操作。而一個嵌入式產(chǎn)品的設(shè)計(jì)不得不考慮軟件部分的更新，前面介紹的兩種下載方式都不適合用來做軟件更新，也就不適合用在嵌入式產(chǎn)品中。
IAP(In—Application Programming)是在應(yīng)用編程，指的是用戶利用自己編寫的燒寫程序，通過通信接口擦除或下載自己的代碼。嵌入式產(chǎn)品需要使用這種簡單方便且不需要機(jī)械操作的軟件升級方式進(jìn)行程序更新。
現(xiàn)今嵌入式產(chǎn)品功能日益強(qiáng)大，無線傳輸數(shù)據(jù)更成了嵌入式必不可少的功能，設(shè)計(jì)了一種基于藍(lán)牙模塊通過無線更新程序的方法。
本文首先介紹了一種通過模擬硬件電平變化的方法間接通過STM32F103自帶的Bootloader完成程序下載的方法，給出了設(shè)計(jì)原理和設(shè)計(jì)流程。接著介紹了IAP下載的設(shè)計(jì)方法和流程。最后在IAP的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一種基于藍(lán)牙模塊的無線軟件更新方法，介紹了設(shè)計(jì)流程并給出了實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
1 Bootloader和外圍電路完成的IAP方案
STM32F103芯片通過在復(fù)位后讀取BOOT0及BOOT1引腳的高低電平，通過表1選擇啟動方式。
STM32F103系列的嵌入式產(chǎn)品需要將啟動模式配置為正常啟動方式，即將BOOT0和BOOT1置GND。使用ISP進(jìn)行程序更新時需要將BOOT0置為高電平。
利用STM32F103的Bootloader和外圍電路完成IAP的方案是，從利用STM32F103復(fù)位開始，到檢測BOOT0引腳電平高低的時間約有15 ms，使用外圍電路電容放電，保持BOOT0引腳高電平15ms以上，使STM32進(jìn)入ISP的方式來完成在程序下載。由以上原理將BOOT0引腳外圍電路做如圖1所示的改動。
圖1是一個使用開關(guān)三極管設(shè)計(jì)的電壓保持電路，GPIO是STM32F103的一個I／O口，當(dāng)該I／O口為低電平時三極管截止，BOOT0相當(dāng)于接GND。當(dāng)需要更新軟件時置高該GPIO，并保持一段時間為電容C1充電，通過看門狗軟件來復(fù)位系統(tǒng)，這時C1放電使得開關(guān)三級管Q導(dǎo)通，BOOT0相當(dāng)于接VCC，則STM32F103進(jìn)入系統(tǒng)存儲器啟動(ISP)的模式，通過串口ISP下載實(shí)現(xiàn)軟件更新，待電容C1放電完成后三極管Q再次截止BOOT0回到GND，芯片恢復(fù)到正常啟動模式。其中C1、R、Q的型號可以根據(jù)嵌入式產(chǎn)品設(shè)計(jì)的電氣參數(shù)來設(shè)定。
圖2是使用Tektronix公司的TDS2024B示波器測試的波形圖，其中R1=1 kΩ，R2=1 MΩ，R3=1 MΩ，R4=200 kΩ，C1=1μF，Q為8050。從圖中可以看出從電壓2．48 V放電到2．24 V用了2．120 s，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于15 ms。由此仿真圖可以得出，通過硬件實(shí)現(xiàn)軟件更新是可行的。
圖3是該設(shè)計(jì)的軟件流程圖。
進(jìn)行軟件更新時，首先置高I／O口，等待1 s為電容充電，接著使用看門口復(fù)位整個芯片。
使用硬件解決方案可以通過搭建簡單的電路，并在觸發(fā)更新軟件的中斷中加入簡單的幾行改變GPIO高低電平和軟件復(fù)位的代碼，就能夠?qū)崿F(xiàn)軟件更新，操作簡單。
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