STM32F103系列微控制器在應用編程技術(shù)研究
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STM32F103系列芯片下載程序主要通過(guò)JTAG以及ISP(In-System Programming)這兩種方式。其中JTAG需要專(zhuān)門(mén)的下載器，這種方式主要用于軟件調試。
ISP是在系統編程，指的是利用STM32F103中自帶的Bootloader程序，通過(guò)通信接口擦除和下載用戶(hù)代碼。STM32F103系列芯片中引腳BOO T0和BOOT1置位為1和0時(shí)就會(huì )進(jìn)入ISP模式，但下載程序完成后需要將BOOT0和BOOT1都置為0，才能進(jìn)入正常工作模式。這就使得在下載程序完成后需要設置跳線(xiàn)帽等機械性的操作。而一個(gè)嵌入式產(chǎn)品的設計不得不考慮軟件部分的更新，前面介紹的兩種下載方式都不適合用來(lái)做軟件更新，也就不適合用在嵌入式產(chǎn)品中。
IAP(In—Application Programming)是在應用編程，指的是用戶(hù)利用自己編寫(xiě)的燒寫(xiě)程序，通過(guò)通信接口擦除或下載自己的代碼。嵌入式產(chǎn)品需要使用這種簡(jiǎn)單方便且不需要機械操作的軟件升級方式進(jìn)行程序更新。
現今嵌入式產(chǎn)品功能日益強大，無(wú)線(xiàn)傳輸數據更成了嵌入式必不可少的功能，設計了一種基于藍牙模塊通過(guò)無(wú)線(xiàn)更新程序的方法。
本文首先介紹了一種通過(guò)模擬硬件電平變化的方法間接通過(guò)STM32F103自帶的Bootloader完成程序下載的方法，給出了設計原理和設計流程。接著(zhù)介紹了IAP下載的設計方法和流程。最后在IAP的基礎上設計了一種基于藍牙模塊的無(wú)線(xiàn)軟件更新方法，介紹了設計流程并給出了實(shí)驗結果。
1 Bootloader和外圍電路完成的IAP方案
STM32F103芯片通過(guò)在復位后讀取BOOT0及BOOT1引腳的高低電平，通過(guò)表1選擇啟動(dòng)方式。
STM32F103系列的嵌入式產(chǎn)品需要將啟動(dòng)模式配置為正常啟動(dòng)方式，即將BOOT0和BOOT1置GND。使用ISP進(jìn)行程序更新時(shí)需要將BOOT0置為高電平。
利用STM32F103的Bootloader和外圍電路完成IAP的方案是，從利用STM32F103復位開(kāi)始，到檢測BOOT0引腳電平高低的時(shí)間約有15 ms，使用外圍電路電容放電，保持BOOT0引腳高電平15ms以上，使STM32進(jìn)入ISP的方式來(lái)完成在程序下載。由以上原理將BOOT0引腳外圍電路做如圖1所示的改動(dòng)。
圖1是一個(gè)使用開(kāi)關(guān)三極管設計的電壓保持電路，GPIO是STM32F103的一個(gè)I／O口，當該I／O口為低電平時(shí)三極管截止，BOOT0相當于接GND。當需要更新軟件時(shí)置高該GPIO，并保持一段時(shí)間為電容C1充電，通過(guò)看門(mén)狗軟件來(lái)復位系統，這時(shí)C1放電使得開(kāi)關(guān)三級管Q導通，BOOT0相當于接VCC，則STM32F103進(jìn)入系統存儲器啟動(dòng)(ISP)的模式，通過(guò)串口ISP下載實(shí)現軟件更新，待電容C1放電完成后三極管Q再次截止BOOT0回到GND，芯片恢復到正常啟動(dòng)模式。其中C1、R、Q的型號可以根據嵌入式產(chǎn)品設計的電氣參數來(lái)設定。
圖2是使用Tektronix公司的TDS2024B示波器測試的波形圖，其中R1=1 kΩ，R2=1 MΩ，R3=1 MΩ，R4=200 kΩ，C1=1μF，Q為8050。從圖中可以看出從電壓2．48 V放電到2．24 V用了2．120 s，遠遠大于15 ms。由此仿真圖可以得出，通過(guò)硬件實(shí)現軟件更新是可行的。
圖3是該設計的軟件流程圖。
進(jìn)行軟件更新時(shí)，首先置高I／O口，等待1 s為電容充電，接著(zhù)使用看門(mén)口復位整個(gè)芯片。
使用硬件解決方案可以通過(guò)搭建簡(jiǎn)單的電路，并在觸發(fā)更新軟件的中斷中加入簡(jiǎn)單的幾行改變GPIO高低電平和軟件復位的代碼，就能夠實(shí)現軟件更新，操作簡(jiǎn)單。
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