之前的发的帖子提到了基于STC8A8K64S4A12单片机的bootloader实现程序的更新，并且测试可以正常跳转运行。今天这篇帖子会详细介绍片外型的bootloader实现程序在线升级，在介绍之前，我先介绍自己了解的市面上主流产品bootloader升级方式。
根据是否主动升级，可以分为主动升级和被动升级主动。升级就是单片机自己能同时主动获取和更新内部flash的程序。另外一种升级方式就是被动升级，一般借助烧录器烧录程序都属于被动升级的方式。主动升级的架构一般由引导程序（bootloader）和用户程序（app）组成，bootloader主要起到升级程序引导和切换的作用，app是程序升级的对象。后面的内容讨论的是都是主动升级方式。
根据是否外挂flash，可以分为片上型（onchip）和片外型（offchip）两种。片上型，单片机没有外挂flash，程序升级全部依靠单片机内部存储。比较典型的是CC2541的OTA（空中升级），CC2541将内部存储分成BIM、Image A和Image B。其中BIM是引导程序，Image A和Image B是用户应用程序。当执行在Image A时，可以升级Image B程序，完成后重启，让BIM选择切换运行Image B程序，反之亦然。这种方式有优点，亦有缺点，优点就是OTA过程中如果失败，不怕程序奔溃，顶多不切换就行，缺点就是两个功能类似的用户程序占用更多存储空间。片外型，单片机有外挂flash，程序升级时单片机的用户程序先将升级数据写入到外部flash中，完成后重启，重启后bootloader会将外部flash的升级数据读出，然后写入到内部flash，完成后，切换到升级后的用户程序。比较典型的是CC2640R2F的OTA-Offchip。这种方式的优点是将外部flash作为升级程序数据缓存，无需占用内部flash，用户程序存储空间利用率高，缺点就是需要增加一片flash的成本。
根据传输媒介，可以分为无线升级和有线升级。无线升级，一般常见SOC方案如：BLE（低功耗蓝牙）、ZigBee、sub-1G、wifi和自定义2.4G等，这些应用可以利用无线传输升级数据包来实现程序升级。比如CC2541的OTA升级，由于CC2541内置2.4G射频端口，Image A和Image B这两个程序都有蓝牙协议栈，利用协议栈，可以轻松调制输出BLE信号，也可以接收解析BLE信号。手机连接CC2541后，升级文件通过蓝牙发送给CC2541，CC2541边接收数据包，边擦写内部flash，直到完成擦写。有线升级，主要利用串口、SPI、烧录器和外部flash等来传输升级程序。
接下来，我介绍一下本次STC8A8K64S4A12单片机采用片外型来在线升级程序功能实现。
首先是空间分配问题，STC8A8K64S4A12单片机的程序存储空间ROM有64K，ROM的擦除是按照512字节/扇区，所以存储空间分配要按照512字节的整数倍。我将前面3K存储空间（0x0000-0x0BFF）分配给BIM程序区来作为bootloader，剩下61K存储空间（0x0C00-0xFFFF）分配给IMAGE程序区。开发板的外部flash型号是W25X16CL，存储空间为2M。由于flash的擦除是按照4K/扇区，所以存储空间分配要按照4K的整数倍。我将前面的4K存储空间作为IMAGE文件信息区，将接下来的64K存储空间作为IMAGE文件数据区。
处理好空间分配问题，接下来就是BIM工程和IMAGE工程的功能实现了。BIM工程比较简单，只要上电后读取W25X16CL的IMAGE文件信息查看否更新标志。如果有更新标志，则加载W25X16CL的IMAGE文件数据到IMAGE程序区中，完成后，擦除W25X16CL的数据，再跳转到IMAGE程序区。如果没有更新标志，则直接跳转到IMAGE程序区。IMAGE工程就相对复杂点，其中比较麻烦的是如何将IMAGE文件加载到W25X16CL中。这里采用了开源的Fatfs32文件系统，再挂载SD卡，这样就能方便地保存和读取IMAGE文件了。保存在SD卡的是IMAGE.bin文件，这种格式不带地址等信息，占用空间小。升级时，单片机将SD中的IMAGE.bin文件加载到W25X16CL中，完成后，STC8A8K64S4A12单片机软复位，BIM程序区的bootloader会加载W25X16CL的IMAGE文件数据到内部flash中。
另外一个需要解决的问题是hex文件合并的问题。BIM工程和IMAGE工程是两个不同的独立工程，编译后可以产生对应的hex文件，正常工作的条件是将同时烧录两个工程对应的hex文件。由于STC-ISP不支持两次烧录来合并hex文件，所以需要先将hex文件合并成一个BIM+IMAGE.hex文件，然后再用STC-ISP烧录到STC8A8K64S4A12单片机中。这里我采用python的intelhex库里面的hexmerge.py，再用pyinstaller将hexmerge.py打包成hexmerge.exe执行文件，这样就算没有安装python环境也可以运行。在IAR的配置里面的post-build command line填写调用hexmerge.exe的命令语句，IAR在程序编译后会调用hexmerge.exe，合并产生BIM+IMAGE.hex文件。一般BIM程序编译完就不管它了，改动都是IMAGE程序。调试时，将BIM+IMAGE.hex烧录到STC8A8K64S4A12单片机运行即可。
下面是自己测试的BIM工程图片
下面是自己测试IMAGE工程（image 1）
下面是自己测试IMAGE工程（image 2）
下面是编译生成文件
其中，BIM+IMAGE.hex是烧录到STC8A8K64S4A12单片机中的，每次调试都是烧录这个文件。IMAGE.bin是升级文件，需要将IMAGE.bin拷贝到SD卡中，STC8A8K64S4A12单片机会从SD加载升级文件实现升级。
下面是测试打印的结果
在SD卡里面存放2个软件版本的升级文件（image1.bin和image2.bin），打印测试显示可以正常来回切换升级程序。
可以看到，只要往W25X16CL写入升级文件和文件信息，就可以实现升级。如果不用SD卡，也可以通过其他方式获取升级文件，比如用NRF24L01模块接收升级文件，再将升级文件加载到W25X16CL，这样也算是无线升级了。也可以连接电脑串口，接收串口的升级文件，再将升级文件加载到W25X16CL。方法多样，具体选择哪种，要按照实际情况选择。
下面是实物照片
附件是BIM工程和IMAGE工程，有兴趣的话，可以下载查看。
在线升级.7z
(9.49 MB, 下载次数: 156)
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