一、SYSCFG重映射

背景

• Bootloader 位于 Flash 起始地址 0x08000000（映射到 0x00000000）
• 应用程序 位于 0x08004000（Bootloader 占用前 16KB）
• 当应用程序运行时，如果发生中断，CPU 仍然会从 0x00000000（即 Bootloader 的向量表）读取中断处理函数地址
• 这导致应用程序的中断无法正常工作

在 Cortex-M0 架构的微控制器上实现 Bootloader 时，由于Cortex-M0 不支持 VTOR（向量表偏移寄存器）。这意味着向量表必须固定在 0x00000000 地址，无法通过软件动态更改。

一般有两方式处理应用程序的中断映射问题：

1. 硬件重映射（芯片带 SYSCFG 或类似 remap 寄存器）
   跳转前先把 APP 向量表（通常 48×4 字节）整个 memcpy 到 SRAM 起始 0x2000 0000
   调用库函数 HAL_SYSCFG_SetRemapMemory(SYSCFG_BOOT_SRAM) 把 SRAM 映射到 0x0000 0000
   再把 MSP、PC 设成 APP 的栈顶与 Reset_Handler，完成跳转
   → 此后任何中断 CPU 都会从 SRAM 里的新表取地址，自然进入 APP 的 ISR
2. 软件转发（芯片无 remap 功能，或不想占 SRAM）
   Bootloader 的向量表保留在 Flash（0x0800 0000 起），但所有中断向量统一填同一个“转发函数” VectorRedirect()
   进入 APP 前把 APP 向量表基地址（如 0x08005000）记到全局变量 userAppStart
   VectorRedirect() 里用 SCB->ICSR & 0x1FF 拿到当前 IRQ 号，按 (userAppStart + 164 + irq4) 取出 APP 真正的 ISR 地址，再 BX 过去
   → 中断先跑到 Bootloader，但立即跳到 APP 的 ISR，对应用完全透明

本文使用方案1.

工作原理

1. 向量表复制：将应用程序的向量表从 Flash（0x08004000）复制到 RAM 起始地址（0x20000000）
2. 硬件重映射：通过 SYSCFG 的 MEM_MODE 位设置为 0b11，将 RAM 映射到 0x00000000
3. 中断处理：当发生中断时，CPU 从 0x00000000（现在映射到 RAM）读取向量表，从而使用应用程序的中断处理函数

实现细节

1. 向量表重映射函数

/**

• @brief 跳转到主程序

• @note 跳转前清理所有中断和外设状态，确保app启动时环境干净
  */
  void BootJump_ToApplication(void)
  {
  uint32_t app_stack_ptr = *((volatile uint32_t *)APPLICATION_START_ADDR);
  uint32_t app_reset_vector = *((volatile uint32_t *)(APPLICATION_START_ADDR + 4));

  /* 主程序复位处理函数指针 */
  void (app_reset_handler)(void) = (void ()(void))(app_reset_vector);

  /* 关闭所有中断（必须在清理外设之前） */
  __disable_irq();

  /* ========== 关键：清理中断相关残留状态 ========== /
  / 按照最佳实践，在跳转前清理所有使用过的外设和中断状态 */

  /* 1. 清理UART1（如果bootloader使用了串口） /
  / 1.1 直接操作外设寄存器关闭中断使能位 /
  UART1->IER &= ~(UART_IER_RX | UART_IER_TX); / 禁用UART1接收和发送中断 */

  /* 1.2 清除NVIC的中断挂起位 */
  NVIC_ClearPendingIRQ(UART1_IRQn);

  /* 1.3 禁用NVIC中的对应中断 */
  NVIC_DisableIRQ(UART1_IRQn);

  /* 1.4 复位UART1外设（推荐，确保外设回到默认状态） /
  RCC->APB2RSTR |= RCC_APB2RSTR_UART1;
  volatile uint32_t delay = 100;
  while(delay–); / 等待复位完成 /
  RCC->APB2RSTR &= ~RCC_APB2RSTR_UART1;
  delay = 100;
  while(delay–); / 等待复位释放 */

  /* 1.5 关闭UART1外设时钟（彻底清理，app会重新初始化） /
  RCC->APB2ENR &= ~RCC_APB2ENR_UART1; / 关闭UART1时钟 */

  /* 注意：不复位GPIOB，因为app会重新配置GPIO，复位可能导致时序问题 /
  / 也不关闭GPIOB时钟，因为app会立即使用，避免时钟开关的时序问题 */

  /* 2. 清理其他可能使用的外设（如定时器、DMA等） /
  / 如果bootloader使用了其他外设，在这里添加清理代码 /
  / 例如：

  • TIM2->DIER &= ~TIM_DIER_UIE; // 禁用定时器中断
  • NVIC_DisableIRQ(TIM2_IRQn);
  • NVIC_ClearPendingIRQ(TIM2_IRQn);
  • RCC->APB1RSTR |= RCC_APB1RSTR_TIM2; // 复位定时器
  • …
    */

  /* 2. 清理SysTick（如果bootloader使用了SysTick） /
  / 禁用SysTick /
  SYSTICK_CTRL = 0;
  / 清除SysTick计数器和重载值 /
  SYSTICK_LOAD = 0;
  SYSTICK_VAL = 0;
  / 清除SysTick中断pending状态 */
  SCB_ICSR_ADDR |= SCB_ICSR_PENDSTCLR;

  /* 3. 关键：清除所有NVIC中断pending状态（确保没有残留的中断请求） /
  / Cortex-M0的NVIC只有ICER[0]和ICPR[0]，支持32个中断 /
  / 清除所有可能的中断pending状态 /
  NVIC->ICPR[0] = 0xFFFFFFFF; / 清除前32个中断的pending状态 */

  /* 4. 禁用所有NVIC中断（确保app启动时中断系统干净） /
  NVIC->ICER[0] = 0xFFFFFFFF; / 禁用前32个中断 */

  /* 5. 注意：MM32SPIN0280是Cortex-M0，不支持VTOR (向量表偏移寄存器)

  • 向量表始终在 0x00000000 (映射到 Flash 0x08000000)
  • 应用程序会在SystemInit()中使用SYSCFG硬件重映射将向量表复制到RAM
  • 并设置MEM_MODE使0x00000000映射到RAM，从而使用应用程序的中断处理函数
  • 因此这里不需要设置VTOR（Cortex-M0不支持VTOR）
    */

  /* 6. 确保内存屏障，保证所有清理操作完成后再跳转 /
  __DSB(); / 数据同步屏障 /
  __ISB(); / 指令同步屏障 */

  /* 设置主堆栈指针 */
  __set_MSP(app_stack_ptr);

  /* 跳转到主程序 */
  app_reset_handler();

  /* 不应该执行到这里 */
  while (1) {
  }
  }

2. 在 SystemInit() 中调用

void SystemInit(void)
{
    // 注意：从bootloader跳转过来时，时钟已经配置好了，不需要重置
    // SetSysClockToDefaultHSI();  // 禁用，避免重置bootloader配置的时钟
    // SetSysClock();              // 禁用，使用bootloader配置的时钟
    
    /* 向量表重映射到RAM（用于Bootloader场景）
     * 必须在启用中断之前完成
     */
    AppVectorTable_RemapToRAM();
}

3. 链接脚本配置

需要确保链接器不会在 0x20000000-0x20000100 范围内放置数据，为向量表预留空间：

LR_IROM1 0x08004000 0x0001C000 {    ; Flash区域
  ER_IROM1 0x08004000 0x0001C000 {
   *.o (RESET, +First)
   *(InRoot$$Sections)
   .ANY (+RO)
   .ANY (+XO)
   *.o (CHECKSUM, +Last)
  }

  ; RAM数据从0x20000100开始，预留0x20000000-0x20000100给向量表
  RW_IRAM1 0x20000100 0x00001F00 {   ; 0x2000 0100 – 0x2000 1FFF
   .ANY (+RW +ZI)
  }
  
  ; 注意：0x20000000-0x20000100 (256字节) 预留给向量表
  ; 向量表通过AppVectorTable_RemapToRAM()函数从Flash复制到这里
}

4. MEM_MODE 设置方式

正确写法：

SYSCFG->CFGR = (SYSCFG->CFGR & ~SYSCFG_CFGR_MEM_MODE) /* 清除2位 /
| (0x3 << 0); / 写入0b11 */

5. 向量表地址

重要：向量表必须放在 RAM 起始地址（0x20000000），因为 SYSCFG 的 MEM_MODE 设置为 RAM 映射后，0x00000000 映射到 RAM 起始地址，而不是 RAM 的任意地址。

工作流程

1. Bootloader 跳转：Bootloader 跳转到应用程序的 Reset_Handler
2. SystemInit() 执行：调用 AppVectorTable_RemapToRAM()
   • 复制向量表到 RAM（0x20000000）
   • 设置 SYSCFG MEM_MODE = 0b11
3. main() 执行：初始化外设，启用中断
4. 中断发生：CPU 从 0x00000000（映射到 RAM）读取向量表，跳转到应用程序的中断处理函数

二、应用程序串口指令

1. 指令格式

• 编码：ASCII 字符串
• 大小写：不敏感（自动转换为小写处理）
• 结束符：\r\n 或 \n
• 最大长度：64 字节（包括结束符）
• 空格处理：自动去除首尾空格

2. 响应格式

成功响应

OK=[数据]\r\n

• OK=：固定前缀
• [数据]：可选的数据内容（某些命令会返回数据）
• \r\n：换行符

错误响应

ERR=<错误码>[:错误描述]\r\n

• ERR=：固定前缀
• <错误码>：单个数字（0-9）
• [:错误描述]：可选的错误描述（以冒号分隔）

3. 支持的指令

1. 版本查询指令

指令格式

ver

或

version

功能说明

查询应用程序的版本号信息。

响应示例

OK=v1.0.0\r\n

版本号格式：v<主版本号>.<次版本号>.<修订号>

实现细节

• 版本号定义在 app_cmd.h 中：

  #define APP_VERSION_MAJOR    1
  #define APP_VERSION_MINOR    0
  #define APP_VERSION_PATCH    0
  

---

2. 进入升级模式指令

指令格式

ota

功能说明

进入 OTA（Over-The-Air）升级模式。

注意：当前版本中此指令已定义但功能未完全实现（标记为 TODO）。

响应示例

OK=\r\n

使用场景

用于触发固件升级流程，通常需要配合 Bootloader 使用。

---

3. 进入 Bootloader 模式指令

指令格式

boot

功能说明

设置 Boot Magic 值并重启系统，使系统在下次启动时进入 Bootloader 模式。

工作流程

1. 写入 Boot Magic 值（0x5A5A）到备份寄存器（BKP->DR1）
2. 发送成功响应
3. 延时确保响应发送完成
4. 执行系统复位（NVIC_SystemReset()）

响应示例

OK=\r\n

（响应发送后系统会立即重启）

错误响应

如果写入 Boot Magic 失败：

ERR6:Write magic failed\r\n

实现细节

• Boot Magic 存储在备份寄存器 BKP->DR1
• Magic 值：0x5A5A（表示需要进入 Bootloader）
• 系统重启后，Bootloader 会检查此值，如果匹配则进入升级模式

---

4. 退出升级模式指令

指令格式

exit

功能说明

清除 Boot Magic 值并重启系统，使系统在下次启动时正常运行应用程序。

工作流程

1. 清除 Boot Magic 值（写入 0x0000 到备份寄存器）
2. 发送成功响应
3. 延时确保响应发送完成
4. 执行系统复位（NVIC_SystemReset()）

响应示例

OK=\r\n

（响应发送后系统会立即重启）

错误响应

如果清除 Boot Magic 失败：

ERR=7:Clear magic failed\r\n

使用场景

• 在 Bootloader 升级模式下，完成固件升级后使用此指令退出升级模式
• 确保系统下次启动时正常运行应用程序

---

错误码说明

错误码	描述	说明
4	Invalid command	无效的命令
6	Write magic failed	写入 Boot Magic 失败
7	Clear magic failed	清除 Boot Magic 失败

命令处理流程

接收流程

1. 字符接收：通过 AppUART_ReceiveChar() 从串口接收缓冲区读取字符
2. 缓冲区管理：使用 64 字节的命令缓冲区存储接收到的字符
3. 命令识别：检测到换行符（\r 或 \n）时，标记命令接收完成
4. 溢出处理：如果缓冲区溢出，清空缓冲区并丢弃当前命令

处理流程

1. 预处理：
   • 去除首尾空格（trim_string()）
   • 转换为小写（to_lowercase()）
2. 命令匹配：使用 strcmp() 匹配命令字符串
3. 执行处理：调用对应的处理函数
4. 发送响应：根据处理结果发送成功或错误响应

代码示例

void AppCMD_Process(void)
{
    char ch;
    
    /* 接收串口数据 */
    while (AppUART_ReceiveChar(&ch)) {
        if (ch == '\n' || ch == '\r') {
            if (cmd_index > 0) {
                cmd_buffer[cmd_index] = '\0';
                cmd_ready = 1;
            }
        }
        else {
            if (cmd_index < (CMD_BUFFER_SIZE - 1)) {
                cmd_buffer[cmd_index++] = ch;
            }
            else {
                /* 缓冲区溢出，清空缓冲区 */
                cmd_index = 0;
                cmd_ready = 0;
            }
        }
    }
    
    /* 处理已接收完成的命令 */
    if (cmd_ready) {
        execute_command(cmd_buffer);
        cmd_index = 0;
        cmd_ready = 0;
        memset(cmd_buffer, 0, sizeof(cmd_buffer));
    }
}

三、Boot Magic 机制

1. BKP寄存器说明：

BKP 寄存器属于备份域（Backup Domain），这是一个独立的电源域，具有以下特性：

• 独立电源：备份域通常有独立的电源供应（VBAT），即使主电源断电，只要 VBAT 有电，备份域的数据就不会丢失
• 独立复位：备份域有独立的复位控制，普通系统复位不会影响备份域

2. Magic 值：

• 0x5A5A：进入 Bootloader 模式
• 0x0000：正常运行应用程序
• 检查时机：系统复位后，Bootloader 启动时检查

3. 写入代码

u8 BootMagic_Write(u16 value)
{
    /* 确保备份域写保护已解除 */
    if ((PWR->CR & PWR_CR_DBP) == 0) {
        /* 如果写保护未解除，先解除 */
        PWR->CR |= PWR_CR_DBP;
        /* 等待写保护解除 */
        volatile u32 i;
        for (i = 0; i < 10; i++);
    }
    
    /* 直接写入BKP寄存器
     * BKP寄存器在系统复位后会保持值，这正是Boot Magic机制所需要的特性
     */
    BKP->DR1 = (u32)value;
    
    /* 确保写入完成（内存屏障） */
    __DSB();
    __ISB();
    
    /* 等待至少5个APB1总线周期（手册要求）
     * APB1通常运行在较低频率，这里使用循环延时确保时序要求
     */
    {
        volatile u32 i;
        for (i = 0; i < 20; i++);  /* 确保超过5个周期 */
    }
    
    /* 验证写入是否成功 */
    if ((BKP->DR1 & 0xFFFF) != value) {
        return 0;  /* 写入失败 */
    }
    
    return 1;
}

4. bootloader实现magic值判断和跳转等待握手

1. 启动时检查 Magic 值

Bootloader 启动后首先初始化 BKP 模块，读取备份寄存器中的 Magic 值：

/* 初始化boot magic模块 */
BootMagic_Init();

/* 读取并检查magic值 */
if (!BootMagic_CheckBootMode()) {
    /* Magic值不匹配，跳转到应用程序 */
    if (BootJump_IsApplicationValid()) {
        BootJump_ToApplication();
    }
}

2. 未收到握手时清除 BKP并跳转应用

   /* 10秒内未收到握手命令，清除BKP并跳转到应用程序 */
            BSP_LOG_Print("Handshake timeout, clearing BKP and jumping to application...");
            
            /* 清除BKP Magic值 */
            BootMagic_Clear();

运行效果：