IAP：物联网终端软件升级技术

本文分享自华为云社区《物联网终端软件升级技术—IAP（因芯片类型较多，本文仅针对STM32的Cortex-M系列）》，原文作者：o0龙龙0o 。

现在升级已经成为IoT领域边缘升级的基本技术，广泛被现在流行的OTA技术就是其中之一。因为物联网终端会和互联网技术相关，软件迭代速度会比传统制造业高很多，这样就对非现场升级提出了要求，在行业内形成以OTA为主流的升级方式及升级标准。

物联网终端多使用的经济型的MCU，这个类的MCU一般有三种程序写入方式：

ISP：In System Programing

• 在系统编程(使用芯片提供的引导程序（Bootload）加上外设接口进行烧录)

IAP：In applicating Programing

• 在应用编程（软件自身实现在线电擦除和编程的方法，不使用任何工具。程序通常分成两块，分别为引导程序和应用程序）

ICP：In Circuit Programing

• 在电路编程(使用JTAG/SWD接口进行烧录，如J-Link烧录器和J-Flash软件配合使用)

ICP、ISP都是用在厂家在调试过程烧录程序和成片烧录程序的芯片编程方法，在制成后一般利用IAP的方式更加自由的对自己的芯片就行升级。

IAP

若由ROM执行程序，如支持IAP的单芯片能够运用自修改代码进行程序升级，也能对负责IAP功能的代码进行修改或删除从而失去IAP功能。IAP不需要芯片厂家给出特殊的支持，只需要提供FLASH操作、通信接口操作、中断矢量偏移操作和复位操作就可以了。

IAP的原理与实现

IAP是利用自己的程序代码实现升级程序（新的APP）从外部接口（可以是串口、I2C、SPI、网口等等）写入到flash中，再通过flash读写操作，将新的APP覆盖原有APP程序，在重新从新的APP入口位置启动我们的应用程序，同时也负责IAP代码的修改和迭代。

在这里，首先在我们的代码空间，一部分的是我们用于升级的程序IAP，另一部分是我们的应用程序APP，例如如下图进行分配：IAP通过ISP或是ICP方式进行烧录，APP初版通过三种方式进行烧写，在需要升级时通过IAP进行升级。

我们先来看看 Cortex正常的程序运行流程，如下图所示：内部闪存（FLASH）地址起始于 0x08000000，一般情况下，程序文件就从此地址开始写入。

此外芯片是基于Cortex-M内核的微控制器，其内部通过一张“中断向量表”来响应中断，程序启动后，将首先从“中断向量表”取出复位中断向量执行复位中断程序完成启动，而这张“中断向量表”的起始地址是 0x08000004。

当中断来临，芯片的内部硬件机制亦会自动将 PC 指针定位到“中断向量表”处，并根据中断源取出对应的中断向量执行中断服务程序。

芯片复位后，先从 0X08000004 地址取出复位中断向量的地址，并跳转到复位中断服务程序，如图标号①所示；在复位中断服务程序执行完之后，会跳转到我们的main 函数，如图标号②所示；而我们的 main 函数一般都是一个死循环，在 main 函数执行过程中，如果收到中断请求（发生重中断），此时芯片强制将 PC 指针指回中断向量表处，如图标号③所示；然后，根据中断源进入相应的中断服务程序，如图标号④所示；在执行完中断服务程序以后，程序再次返回 main 函数执行，如图标号⑤所示

当基于IAP设计的程序启动流程如下图：芯片复位后， 还是从 0X08000004 地址取出复位中断向量的地址，并跳转到复位中断服务程序，在运行完复位中断服务程序之后跳转到 IAP 的 main 函数，如下图标号①所示，在执行完 IAP 以后（即将新的 APP 代码写入预先定义的 FLASH，灰底部分。

新程序的复位中断向量起始地址为 0X08000004+N+M），跳转至新写入程序的复位向量表，取出新程序的复位中断向量的地址，并跳转执行新程序的复位中断服务程序，随后跳转至新程序的 main 函数，如下图标号②和③所示，同样 main 函数为一个死循环，并且注意到此时芯片的 FLASH，在不同位置上，共有两个中断向量表。

main 函数执行过程中，如果 CPU 得到一个中断请求， PC 指针仍强制跳转到地址0X08000004 中断向量表处，而不是新程序的中断向量表，如下图标号④所示；程序再根据我们设置的中断向量表偏移量，跳转到对应中断源新的中断服务程序中，如图标号⑤所示；在执行完中断服务程序后，程序返回 main 函数继续运行，如图标号⑥所示。这样就完成程序设计和跳转的动作。

LiteOS的OTA方案

LiteOS是利用华为云实现物联网终端的升级的工作，底层的原理与上面介绍的移植，不过因为是物联网，所以程序是通过Wi-Fi、4G、NB等无线通讯技术下载到芯片实现软件的升级，具体可以在博客检索相关关键词获取，有很多对应的解释。大致原理如下图：分为SOTA和FOTA两种技术，即固件和软件都可以分别进行升级操作，然后将程序编译好的bin文件，通过华为云IoT平台进行打包发送到物联网终端进行升级操作。

附录：

华为LiteOS官方表述升级参考链接：https://support.huaweicloud.com/usermanual-iothub/iot_01_0027.html

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