在嵌入式開發(fā)中，遠(yuǎn)程固件升級(jí)（OTA, Over-The-Air）技術(shù)早已成為產(chǎn)品迭代和維護(hù)的關(guān)鍵能力。尤其是在 STM32 系列微控制器廣泛應(yīng)用的今天，構(gòu)建一個(gè)穩(wěn)定、通用、安全的 OTA 升級(jí)系統(tǒng)，是每個(gè)工程師都繞不過去的一關(guān)。

本項(xiàng)目基于開源 OTA 工程，完整實(shí)現(xiàn)了以下內(nèi)容：

• Bootloader 啟動(dòng)邏輯及升級(jí)流程

• 固件打包機(jī)制（含安全校驗(yàn)）

• 上位機(jī)串口升級(jí)工具（YModem 協(xié)議）

• SPI/QSPI Flash 分區(qū)管理

• 多種異常處理機(jī)制：斷電保護(hù)、CRC 校驗(yàn)失敗、回滾機(jī)制等

本文重點(diǎn)介紹該系統(tǒng)的升級(jí)流程細(xì)節(jié)、Bootloader 模塊結(jié)構(gòu)與關(guān)鍵代碼，以及如何使用配套打包和升級(jí)工具，實(shí)現(xiàn)一站式 OTA。

一、升級(jí)流程詳解：Bootloader 主導(dǎo) OTA 的全流程

1. 流程概述

STM32 OTA 的標(biāo)準(zhǔn)流程如下圖所示：

整個(gè)流程設(shè)計(jì)注重魯棒性與安全性，例如：

• 使用 Magic Code 校驗(yàn)包頭，防止誤識(shí)別

• 加入 CRC32 校驗(yàn)，確保固件傳輸完整性

• 支持中斷恢復(fù)和自動(dòng)回滾機(jī)制

• Bootloader 和 APP 分區(qū)獨(dú)立，互不干擾

2. 進(jìn)入升級(jí)模式的判定方式包括：

• 指定 Flash 中某個(gè)標(biāo)志位

• 外部引腳（如按鍵）觸發(fā)

• 上電后延時(shí)判斷是否接收到上位機(jī)固件包頭

• 上次升級(jí)失敗自動(dòng)回滾（故障回溯）

固件檢測(cè)與處理機(jī)制

這種靈活的判斷機(jī)制確保了在各種場(chǎng)景下都能正常觸發(fā)升級(jí)，提升用戶體驗(yàn)與維護(hù)效率。

二、Bootloader 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與關(guān)鍵模塊源碼說明

 Bootloader 架構(gòu)分層

整個(gè) Bootloader 系統(tǒng)按以下模塊劃分：

 關(guān)鍵代碼片段展示

啟動(dòng)判斷邏輯：

void boot_entry(void) {    if (check_upgrade_flag() || button_pressed()) {
        enter_upgrade_mode();
    } else {
        jump_to_app();
    }
}

校驗(yàn)固件包頭：

bool verify_firmware_header(firmware_header_t *hdr) {    if (hdr->magic != 0xDEADBEEF) return false;    if (!check_crc32(hdr)) return false;    return true;
}

跳轉(zhuǎn)到 APP：

void jump_to_app(void) {    uint32_t app_addr = APP_START_ADDR;
    __disable_irq();
    __set_MSP(*(uint32_t*)app_addr);
    ((void (*)())(*(uint32_t*)(app_addr + 4)))();
}

通過上述模塊組合，可以保證 Bootloader 精簡(jiǎn)、高效，并具備 OTA 所需的所有關(guān)鍵能力。

三、配套工具使用指南：打包器 & 固件上傳助手

為實(shí)現(xiàn)無縫的 OTA 流程，我們提供了兩套實(shí)用工具，支持命令行或 GUI 使用：

 1. 固件打包工具（Firmware_Packager）

該工具將普通 .bin 固件封裝為 .fpk 固件包，自動(dòng)生成校驗(yàn)字段，支持版本號(hào)管理。

打包命令示例：

Firmware_Packager.exe -i app.bin -o upgrade.fpk -v 1.0.3

固件包頭結(jié)構(gòu)（16 字節(jié)）：

支持多種擴(kuò)展字段，如水印、簽名、時(shí)間戳等。

 2. 固件上傳工具（Firmware_Uploader）

通過串口（支持 USB 轉(zhuǎn)串口）將 .fpk 固件上傳至設(shè)備，采用 YModem-1K 協(xié)議，兼容性強(qiáng)、效率高。

上傳命令示例：

Firmware_Uploader.exe -p COM4 -b 115200 -f upgrade.fpk

? 支持特性包括：

• 自動(dòng)識(shí)別 Bootloader 是否響應(yīng)

• 固件校驗(yàn)一致性提示

• 斷點(diǎn)續(xù)傳機(jī)制（可選）

• 支持串口速率 115200 / 230400 / 460800

 總結(jié)：STM32 OTA 升級(jí)不再難，實(shí)現(xiàn)只需三步！

本套 OTA 方案已實(shí)際運(yùn)行于多個(gè)商業(yè)項(xiàng)目，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

•  結(jié)構(gòu)清晰：Boot 與 APP 完全解耦，穩(wěn)定性強(qiáng)

•  安全可靠：支持 CRC 校驗(yàn)、水印校驗(yàn)、固件頭驗(yàn)證

•  可擴(kuò)展性強(qiáng)：支持 SPI/QSPI Flash，支持加密擴(kuò)展

• ? 工具齊全：打包、傳輸一站式完成，極大提升效率

開源網(wǎng)址：mOTA: 一款專為32位MCU開發(fā)的OTA組件