如何更新产品的Bootloader程序

Question

嵌入式设备中设计一个Bootloader,通过串口等方式升级升序的方法非常方便，例如常见的STM32芯片，

但有一个困惑，Bootloader程序其实也是一个应用程序，它的功能就是接收串口或者其他接口的数据然后写入Flash更新用户程序， 如果Bootloader程序里边出现bug或者需求变化需要更新，怎么实现更新Bootloader程序呢？

Answer 1

上午好☀️☀️☀️️
本答案参考通义千问

在嵌入式系统中，Bootloader 是一个非常关键的程序，它负责初始化硬件并加载用户应用程序。然而，Bootloader 本身也是一个程序，因此它也有可能出现 bug 或者需要更新。那么，如何更新 Bootloader 程序呢？这是一个常见的问题。

---

一、为什么不能直接通过 Bootloader 更新自己？

• Bootloader 的作用是加载用户程序（Application），而不是更新自身。
• 如果 Bootloader 出现 bug，无法正常启动，就会导致设备无法运行。
• 因此，必须设计一种机制，在不依赖当前 Bootloader 的情况下更新 Bootloader。

---

二、更新 Bootloader 的方法

1. 使用双 Bank Flash（适用于 STM32 等支持双 Bank 的芯片）

这是最常见且安全的方式：

步骤如下：

1. 将 Bootloader 分为两个部分：

   • Bank A（主 Bootloader）：用于启动和加载用户程序。
   • Bank B（备用 Bootloader）：用于接收新的 Bootloader 并更新到 Bank A。

2. 使用跳转机制：

   • 启动时从 Bank A 运行 Bootloader。
   • 如果检测到需要更新 Bootloader，则跳转到 Bank B 执行升级逻辑。

3. 通过串口或其他接口传输新 Bootloader 文件。

4. 将新 Bootloader 写入 Bank A。

5. 重启后，从 Bank A 加载新的 Bootloader。

✅ 优点： 安全，不会因为更新失败导致设备无法启动。
❌ 缺点： 需要支持双 Bank Flash 的 MCU。

---

2. 使用外部存储（如 SD 卡、Flash 芯片等）

如果 MCU 不支持双 Bank Flash，可以考虑使用外部存储来保存 Bootloader。

步骤如下：

1. 将 Bootloader 存储在外部存储（如 SD 卡或 SPI Flash）中。
2. 在启动时，从外部存储加载 Bootloader 到内存中运行。
3. 如果需要更新 Bootloader，只需更新外部存储中的文件即可。

✅ 优点： 不受 MCU Flash 结构限制。
❌ 缺点： 需要额外的硬件支持，可能增加成本。

---

3. 使用“自举”方式（Bootloader 自身具备更新能力）

某些 Bootloader 设计为具有自我更新能力，即：

• 在运行时，可以接收新的 Bootloader 文件。
• 将其写入 Flash 中的指定区域。
• 然后重启，从新版本的 Bootloader 启动。

⚠️ 注意： 这种方式存在风险，如果更新过程中出错，可能导致 Bootloader 损坏，设备无法启动。

---

三、推荐方案：双 Bank Flash + Bootloader 自更新机制

具体实现步骤：

1. 硬件配置：

   • 使用支持双 Bank Flash 的 MCU（如 STM32F4/F7 系列）。
   • 确保 Bootloader 和 Application 分别位于不同的 Bank。

2. Bootloader 功能：

   • 提供一个更新接口（如 UART、USB、CAN 等）。
   • 接收新的 Bootloader 文件。
   • 将其写入另一个 Bank。
   • 重启后，从新 Bootloader 启动。

3. 代码示例（基于 STM32）：

// 假设我们使用 UART 接收 Bootloader 文件
void UpdateBootloader(void) {
    uint8_t buffer[1024];
    int len = 0;

    while (len < BOOTLOADER_SIZE) {
        len += UART_Receive(buffer, sizeof(buffer));
        // 将 buffer 写入 Bank B 的 Flash 地址
        WriteToFlash(BANK_B_ADDRESS, buffer, len);
    }

    // 重启，从 Bank B 启动
    NVIC_SystemReset();
}

📌 注意： WriteToFlash() 必须使用 Flash 编程 API（如 STM32 的 HAL_Flash_Program()）。

---

四、注意事项

• 备份原始 Bootloader： 在更新前，建议先备份原 Bootloader，防止更新失败导致设备损坏。
• 校验机制： 在更新完成后，进行 CRC 校验，确保 Bootloader 文件完整无误。
• 恢复机制： 如果更新失败，应能回退到之前的版本。

---

五、总结

| 方法 | 优点 | 缺点 | |------|------|------| | 双 Bank Flash | 安全，可回滚 | 需要支持双 Bank 的 MCU | | 外部存储 | 灵活，不受 MCU 限制 | 需要额外硬件 | | 自我更新 | 简单，无需额外硬件 | 风险高，易崩溃 |

---

六、推荐做法

优先选择：使用双 Bank Flash + Bootloader 自更新机制，这是目前最稳定、最常用的解决方案。

如果你使用的是 STM32，可以参考官方提供的 STM32 Bootloader 示例项目，它们通常已经实现了这种机制。

---

如有具体芯片型号或开发环境（如 Keil、IAR、STM32CubeMX），我可以提供更详细的代码示例。