Этот клон Ардуино предлагает специальный бутлоадер, который позволяет заливать прошивку через USB, без использования внешних компонентов типа ST-Link или USB-UART переходника.
Сегодня мне понадобилось поработать с голым контроллером из-под CooCox и без stm32duino. Но вот в чем проблема. Даже простая моргалка лампочкой влитая через этот бутлоадер не работает.
Давайте разбираться. Возможно, мои выкладки покажутся кому-то банальностью. Но я только начинаю изучать контроллеры STM32 и на поиск проблемы убил как минимум полдня. Вдруг эта статья сократит кому-то время разработки.
Я ничего не имею против ST-Link и других отладчиков. Но в моем готовом устройстве его не будет, но точно будет USB. Почему бы сразу не заложить возможность обновлять прошивку через USB? Лично я нахожу этот способ удобным. тем более что все равно у меня уже подключен шнурок по которому идет питание и USB Serial.
Давайте посмотрим как работает бутлоадер. Для начала на примере контроллеров AVR. Почему я о нем вспомнил? Я переходил с Arduino и подсознательно ожидал такого же поведения. Но в STM32 оказалось все по другому. Потому хочу рассказать о разнице этих двух микроконтроллеров.
Итак. В микроконтроллерах AVR ATMega под бутлоадер можно зарезервировать некоторое количество памяти ближе к концу флеша. С помощью fuse битов можно регулировать с какого адреса будет стартовать программа. Если бутлоадера нет - программа стартует с адреса 0x0000. Если бутлоадер есть - он запускается с некоторого другого адреса (скажем, в ATMega32 с 0x3C00, если размер бутлоадера выбран 2к).
Когда бутлоадер сделал свои дела он передает управление основной программе с адреса 0x0000. Т.е. программа всегда стартует с адреса 0x0000. Компилятор и линковщик работают с учетом того, что код будет находится в начале адресного пространства.
В микроконтроллерах STM32 все не так. Все программы стартуют с адреса 0x0800000. Бутлоадер не является чем-то таким особенным. Это такая же программа, которая стартует с того же самого начального адреса. В процессе работы бутлоадер может принять прошивку (через USB или UART, считать с флешки, принять со спутника, достать из подпространства, whatever…) и записать ее по адресам выше чем находится сам загрузчик. Ну и, конечно же, в конце своей работы передать управление основной программе.
Так вот при компиляции прошивки нужно знать куда же бутлоадер запишет прошивку и соответствующим образом скорректировать адреса.
На этом с теорией все. Переходим к практике. Ниже пошаговая инструкция как прикрутить USB загрузчик к микроконтроллерам серии STM32F1xx, а может быть и к некоторым другим тоже.
Есть, правда, некоторые ограничения по схемотехнике. Тут я, к сожалению, не силен. ЯТП нужен подтягивающий резистор 1.5к для порта PA12 (он же USB D+). Это позволяет загрузчику в нужные моменты времени подключаться и отключаться от USB.
Инструкция:
- Качаем github.com/rogerclarkmelbourne/STM32duino-bootloader. В директории STM32F1binaries уже есть пакет скомпилированых бутлоадеров под разные платы. Индекс в конце названия файла указывает куда подключен светодиод. В случае где светодиод подключен к пину C13, я использовал файл generic_boot20_pc13.bin.
- Прошивем . Да, тут понадобится USB-UART переходник, но наверняка можно и с помощью отладчика
- Теперь микроконтроллер готов ппрошиваться через USB загрузчик. Но ведь еще нужно саму прошивку подправить. А сделать нужно 2 вещи:
- Указать линкеру стартовый адрес. В CooCox это делается в настройках проекта, вкладка Link, раздел Memory Areas, Адрес IROM1 Start Address. Бутлоадер занимает первые 8 килобайт, значит стартовый адрес прошивки будет 0x0800000 + 0x2000 = 0x08002000. Поле Size, наверное, тоже стоит уменьшить на 8к
- Где нибудь вначале программы перед инициализацией периферии сделать вызов NVIC_SetVectorTable(NVIC_VectTab_FLASH, 0x2000);
- Заливатор прошивки можно . В директории tools ищите скрипт под называнием maple_upload. Я пользовал только виндовую версию - maple_upload.bat
- Запускать так:
"maple_upload.bat" COM20 2 1EAF:0003 "PathToFirmware.bin"Вместо COM20 нужно подставить свой порт куда прицепился микроконтроллер.
Заливатор штука очень нежная, относительных путей не любит. так что путь к прошивке нужно указывать полностью.
1EAF:0003 - это VID и PID
2 - это параметр AltID, который указывает что прошивку нужно заливать по адресу 0x08002000 (читать )
Еще чуток нюансов. Перед тем как заливать прошивку нужно запустить бутлоадер. Самый простой способ - нажать кнопку ресет. После этого запустится загрузчик и несколько секунд будет ждать прошивку. Если в этот момент никто не запустил maple_upload, загрузчик передаст управление основной прошивке.
Из-за этого может возникнуть неудобство. Если микроконтроллер заглючил и повис, то он уже не слушает порт. Следовательно он не может услышать ключевую последовательность и перегрузиться в бутлоадер. Тогда только ресет в помощь.
На этом все. Надеюсь моя статья прольет свет на то, как работает загрузчик в STM32 и как можно загружать прошивку через USB порт. К сожалению порог вхождения по прежнему высок, но вдруг кому-то моя статья поможет его преодолеть.
Ну, вот мы и дошли до одного из самых интересных этапов, — как же залить в контроллер готовую прошивку и оживить наконец нашу железяку.
Вообще-то прошивать контроллеры STM32 можно по-разному, но мы рассмотрим самый простой вариант прошивки — через последовательный интерфейс с помощью фирменной утилиты Flash Loader Demonstrator. Эта утилита совершенно бесплатна и её можно скачать как с официального , так и .
Как мы ранее уже говорили, — в системной области памяти контроллера зашит bootloader. Именно он и позволяет записать прошивку во flash-память через последовательный интерфейс.
Детально bootloader описан в документе AN2606 (CD00167594.pdf), а используемый им протокол — в документе AN3155 (CD00264342.pdf). Это для тех, кто хочет исчерпывающей информации, а мы рассмотрим процесс прошивки через bootloader вкратце.
Для начала вам нужно скачать и установить себе на компьютер утилиту Flash Loader Demonstrator.
Итак, ногу Tx контроллера нужно соединить с ногой Rx преобразователя, а ногу Rx контроллера — с ногой Tx преобразователя. Кроме этого, контроллер нужно запитать и обеспечить нужные уровни на ногах BOOT0 (pin 44), BOOT1 (pin 20). Для запуска bootloadera, который расположен в system memory, ногу BOOT1 нужно подтянуть к «земле», а BOOT0 — к «питанию» (табличка справа).
Подтяжку для BOOT0, BOOT1 лучше делать не жёсткую, а джамперами, чтобы можно было легко выбирать режимы загрузки (например, переключившись после заливки проги в режим загрузки из flash, можно будет эту прогу сразу и потестить).
Схема подключения показана ниже.
Чётность и количество бит данных уже настроены как надо, скорость можно менять — контроллер в процессе инициализации обмена настраивается на выбранную скорость автоматически, com-порт нужно выбрать тот, который создался при подключении USB-to-COM преобразователя к компьютеру (наш преобразователь создаёт при подключении виртуальный com-порт, полностью имитирующий настоящий аппаратный). После того, как всё настроили — жмём «Next».
О том, что всё нормально и соединиться с контроллером удалось, нам сообщит зелёный сигнал светофора на следующей страничке. Если связь не установится — на эту страничку нас вообще не пустят, сообщив, что контроллер не отвечает.
При установлении связи программа автоматически определит сколько у контроллера flash-памяти и защищена ли эта память от чтения. Нажав кнопку «Remove protection» защиту можно снять, но при этом содержимое флеша будет стёрто (предыдущая записанная туда прошивка уничтожится). Жмём «Next».
В следующем окне нам предлагают выбрать тип программируемого камня (хотя непонятно зачем, — он и так автоматически определяется), а также показывают для нашего камня PID, карту flash-памяти, и версию bootloader-а. Просто жмём «Next».
В следующем окне нужно выбрать, что мы собственно хотим с нашим контроллером делать. Тут возможны следующие варианты: Erase (стереть), Download to device (загрузить в контроллер прошивку), Upload from device (считать прошивку с контроллера), Enable/Disable Flash protection (включить/выключить защиту flash-памяти), Edit option bytes (изменить байты опций). Соответственно, если мы хотим залить прошивку — выбираем Download to device, потом жмём на квадрат с тремя точками и выбираем в проводнике файл с прошивкой, которую надо залить, после чего опять жмём «Next».
На следующей странице внизу появится прогресс-бар, в котором будет показан ход выполнения процедуры загрузки. После того, как вся прошивка будет загружена в контроллер, этот прогресс-бар станет зелёным и в нём белыми буквами будет написано: «Download operation finished successfully» (операция загрузки успешно завершена). После этого, можно нажать кнопку «Close» и закрыть Flash Loader Demonstrator
Всё, теперь чтобы залитая программа начала выполняться нам останется только настроить контроллер на загрузку из flash (BOOT0 = 0, BOOT1 — любой уровень) и перезагрузить его.
Этот клон Ардуино предлагает специальный бутлоадер, который позволяет заливать прошивку через USB, без использования внешних компонентов типа ST-Link или USB-UART переходника.
Сегодня мне понадобилось поработать с голым контроллером из-под CooCox и без stm32duino. Но вот в чем проблема. Даже простая моргалка лампочкой влитая через этот бутлоадер не работает.
Давайте разбираться. Возможно, мои выкладки покажутся кому-то банальностью. Но я только начинаю изучать контроллеры STM32 и на поиск проблемы убил как минимум полдня. Вдруг эта статья сократит кому-то время разработки.
Я ничего не имею против ST-Link и других отладчиков. Но в моем готовом устройстве его не будет, но точно будет USB. Почему бы сразу не заложить возможность обновлять прошивку через USB? Лично я нахожу этот способ удобным. тем более что все равно у меня уже подключен шнурок по которому идет питание и USB Serial.
Давайте посмотрим как работает бутлоадер. Для начала на примере контроллеров AVR. Почему я о нем вспомнил? Я переходил с Arduino и подсознательно ожидал такого же поведения. Но в STM32 оказалось все по другому. Потому хочу рассказать о разнице этих двух микроконтроллеров.
Итак. В микроконтроллерах AVR ATMega под бутлоадер можно зарезервировать некоторое количество памяти ближе к концу флеша. С помощью fuse битов можно регулировать с какого адреса будет стартовать программа. Если бутлоадера нет - программа стартует с адреса 0x0000. Если бутлоадер есть - он запускается с некоторого другого адреса (скажем, в ATMega32 с 0x3C00, если размер бутлоадера выбран 2к).
Когда бутлоадер сделал свои дела он передает управление основной программе с адреса 0x0000. Т.е. программа всегда стартует с адреса 0x0000. Компилятор и линковщик работают с учетом того, что код будет находится в начале адресного пространства.
В микроконтроллерах STM32 все не так. Все программы стартуют с адреса 0x0800000. Бутлоадер не является чем-то таким особенным. Это такая же программа, которая стартует с того же самого начального адреса. В процессе работы бутлоадер может принять прошивку (через USB или UART, считать с флешки, принять со спутника, достать из подпространства, whatever...) и записать ее по адресам выше чем находится сам загрузчик. Ну и, конечно же, в конце своей работы передать управление основной программе.
Так вот при компиляции прошивки нужно знать куда же бутлоадер запишет прошивку и соответствующим образом скорректировать адреса.
На этом с теорией все. Переходим к практике. Ниже пошаговая инструкция как прикрутить USB загрузчик к микроконтроллерам серии STM32F1xx, а может быть и к некоторым другим тоже.
Есть, правда, некоторые ограничения по схемотехнике. Тут я, к сожалению, не силен. ЯТП нужен подтягивающий резистор 1.5к для порта PA12 (он же USB D+). Это позволяет загрузчику в нужные моменты времени подключаться и отключаться от USB.
- Указать линкеру стартовый адрес. В CooCox это делается в настройках проекта, вкладка Link, раздел Memory Areas, Адрес IROM1 Start Address. Бутлоадер занимает первые 8 килобайт, значит стартовый адрес прошивки будет 0x0800000 + 0x2000 = 0x08002000. Поле Size, наверное, тоже стоит уменьшить на 8к.
- Где нибудь вначале программы перед инициализацией периферии сделать вызов
NVIC_SetVectorTable(NVIC_VectTab_FLASH, 0x2000);
UPDATE 17.05.2018: В современной версии STM32Cube функции NVIC_SetVectorTable() нет. Вместо этого можно в файле system_stm32f1xx.c (или аналогичного для другого микроконтроллера) исправить дефайн VECT_TAB_OFFSET
"maple_upload.bat" COM20 2 1EAF:0003 "Path\To\Firmware.bin"
Вместо COM20 нужно подставить свой порт куда прицепился микроконтроллер.
Заливатор штука очень нежная, относительных путей не любит. так что путь к прошивке нужно указывать полностью.
1EAF:0003 - это VID и PID
2 - это параметр AltID, который указывает что прошивку нужно заливать по адресу 0x08002000 (читать ).
Из-за этого может возникнуть неудобство. Если микроконтроллер заглючил и повис, то он уже не слушает порт. Следовательно он не может услышать ключевую последовательность и перегрузиться в бутлоадер. Тогда только ресет в помощь.
На этом все. Надеюсь моя статья прольет свет на то, как работает загрузчик в STM32 и как можно загружать прошивку через USB порт. К сожалению порог вхождения по прежнему высок, но вдруг кому-то моя статья поможет его преодолеть.
Мало кто знает, а в особенности те, кто только начинает изучать микроконтроллеры STM32, что их можно запрограммировать не имея специального программатора. Необходимо лишь выбрать режим загрузки контроллера через встроенный загрузчик, подключитьcя через UART и записать необходимый код.
Теперь обо всем подробнее. Большая часть контроллеров STM32 имеет встроенный (нестираемый) загрузчик в специальной области памяти, который работает по протоколам UART, SPI, I2C и CAN. Конечно же проще всего работать через UART, т.к. он есть почти у каждого, кто имеет дела с электроникой, поэтому его и будем рассматривать.
Выбор области памяти, из которой осуществляется загрузка контроллера осуществляется подачей низкого или высокого уровня на ножки BOOTx (может быть как одна, так и несколько). Подробнее о том, как выбрать загрузчик на конкретном контроллере указано в AN2606. Так же в AN2606 указано, какой интерфейс контроллера можно использовать для программирования. Еще, чтобы записать код в контроллер, потребуется небольшая программка с сайта ST, которая называется STM32 FlashLoader Demonstrator.
Ну и чтобы понять, как эти знания использовать, запрограммируем плату с STM32F103C8T6B на борту.
На плате имеются джамперы для установки режима загрузки контроллера. К сожалению они не подписаны, поэтому смотрим на фото выше и устанавливаем их так же. Установка джамперов BOOT0 в "1" и BOOT1 в "0" активируют встроенный загрузчик, как сказано в AN2606. Теперь можно подключить питание, а так же сигнальные линии RX и TX. Не стоит забывать о том, что линии RX и TX подключаются перекрестно:
RX <---> TX
TX <---> RX
Далее запускаем программу FlashLoader Demonstrator. выбираем нужный COM-порт и жмем далее. Если все подключено верно, то получаем сообщение о том, что подключенный контроллер имеет 64 кБ памяти и не имеет защиты от чтения.
Жмем далее. Открывается лист с имеющимися в контроллере страницами памяти, он нас не интересует, снова жмем далее. Открывается страница с возможностью выбора действий над контроллером:
- Erase (стереть)
- Download to device (загрузить прошивку в МК)
- Upload from device (считать прошивку из МК)
- Enable/Disable Flash protection (включить/отключить защиту флеш памяти)
- Edit option bytes (редактирование защиты памяти)
Жмем на три точки, выбираем наш файл "test_stm.hex", ставим галочку возле "Verify aster download" для проверки правильности загрузки, а так же "Jump to the user program", чтобы МК сразу начал выполнять загруженную программу по окончании процесса загрузки.
Ответы на часто задаваемые вопросы:
1. Для кого предназначен этот FAQ?
Большинство специалистов разрабатывающие устройства на микроконтроллерах уже знакомы с темой защиты программ микроконтроллеров, поэтому можно считать, что данный раздел им ни о чем новом не расскажет. Однако имеется огромная армия инженеров и простых потребителей электронных устройств не знакомых с детальной организацией подобной защиты, но желающих либо разобраться в деталях работы имеющегося устройства, либо создать подобное устройство, для них то и предназначен этот сборник ответов на вопросы.
2. Для чего и от кого делается защита микроконтроллеров?
Многие производители электронных устройств стараются защитить свое устройство от возможности простого копирования его другим производителем. Им навстречу пошли производители микроконтроллеров, введя в функционал своих изделий защиту от копирования программы (микропрограммы) содержащийся в памяти микроконтроллера. Используя эту защиту от чтения микропрограммы (прошивки) производители электронных устройств могут защитить свой продукт от простого копирования другим производителем.
3. Что представляет собой защита от копирования в микроконтроллере, и почему я сам не могу считать защищенную микропрограмму (прошивку)?
Обычно защита от копирования устанавливается во время программирования микроконтроллера путем установки специального бита защиты или нескольких бит в слове конфигурации микроконтроллера. Физически эти биты располагаются в специальных ячейках памяти на кристалле микроконтроллера. Иногда используются другие методы защиты, например защита паролем, но принцип сохраняется. Чтобы снять защиту обычно необходимо изменить значение этого бита или нескольких битов, хотя часто могут использоваться и другие методы считывания содержимого памяти программы микроконтроллера. Обычными методами, например программатором, это сделать не удастся, необходимо сложное дорогостоящее оборудования, которого обычный разработчик электронных устройств не имеет. Поэтому мы, имея необходимое оборудование, знания и опыт, специализируемся на предоставлении подобного рода услуг.
4. Что дает мне снятие защиты от чтения микропрограммы (прошивки)?
Допустим, у Вас есть устройство, которое Вы приобрели у одного из производителей электронных устройств и Вы хотите производить такое же, но модифицированное устройство. Но исходников микропрограммы или готовой прошивки у Вас естественно нет, и Вам будет необходимо полностью с нуля разрабатывать и отлаживать микропрограмму. На это, по сравнению с копированием электронной составляющей устройства (схемы), придется потратить много денег и времени. Пользуясь нашими профессиональными услугами, Вы сэкономите и деньги и время на разработку устройства. При наличии устройства или его электрической схемы мы можем восстановить полностью алгоритм его работы и текст микропрограммы на языке программирования Си или Ассемблер.
5. Какова законность таких действий с точки зрения законодательства?
Все микропрограммы (прошивки) мы считываем по заказу клиента с целью ремонта его устройства, либо для ознакомления с алгоритмом работы микропрограммы. Вся дальнейшая ответственность за незаконное распространение микропрограммы или иные действия с ней или с её помощью ложится полностью на заказчика.
Наша компания работает на территории РФ, поэтому ниже приведем цитату из закона. Законодательство других стран декларирует аналогичную позицию.
Статья 1280 ГК РФ. "Свободное воспроизведение программ для ЭВМ и баз данных. Декомпилирование программ для ЭВМ".
2. Лицо, правомерно владеющее экземпляром программы для ЭВМ, вправе без согласия правообладателя и без выплаты дополнительного вознаграждения изучать, исследовать или испытывать функционирование такой программы в целях определения идей и принципов, лежащих в основе любого элемента программы для ЭВМ, путем осуществления действий, предусмотренных подпунктом 1 пункта 1 настоящей статьи.
3. Лицо, правомерно владеющее экземпляром программы для ЭВМ, вправе без согласия правообладателя и без выплаты дополнительного вознаграждения воспроизвести и преобразовать объектный код в исходный текст (декомпилировать программу для ЭВМ) или поручить иным лицам осуществить эти действия, если они необходимы для достижения способности к взаимодействию независимо разработанной этим лицом программы для ЭВМ с другими программами, которые могут взаимодействовать с декомпилируемой программой...
6. Что представляет собой дополнительная защита от чтения и почему она лучше обычной?
Дополнительная трёхуровневая защита предназначена для создания условий невозможности чтения микропрограммы (прошивки) известными методами. Она может включать в себя от одного до трёх уровней защиты: защита от вскрытия корпуса, скрытый внутрикорпусной обрыв ножки используемой программатором для чтения, скрытое внутрикристальное удаление логики управления ножкой используемой для чтения.
Первый уровень представляет собой стойкий к кислотам и растворителям тугоплавкий полимер, что не позволяет добраться до кристалла.
Второй уровень делает невозможной процедуру считывания программатором без специальных дорогостоящих инструментов.
Третий уровень выполняет аналогичную второму функцию, но при этом внутрикристальное восстановление логики управления на внутренних слоях практически не возможно, либо требует очень дорогостоящего оборудования.
Учитывая, что в подавляющем большинстве случаев обычная заводская защита легко обходится, дополнительная защита для многих дорогостоящих и сложных устройств является крайне необходимой мерой для предотвращения материальных потерь связанных с попаданием плодов интеллектуальной деятельности в руки третьих лиц.
7. Я хочу установить дополнительную защиту, но я боюсь, что вы считаете мою суперсекретную программу перед установкой защиты. Есть ли какой-то способ установить дополнительную защиту на микросхему, перед тем как я ее окончательно запрограммирую?
В данном случае перед установкой нашей дополнительной защиты можно прошить только бутлоадер без основной программы. После того, как мы установим дополнительную защиту, вы уже сможете запрограммировать основную память. Причем бутлоадер для загрузки основной программы должен использовать любой другой интерфейс отличный от основного, использующегося для стандартного программирования, так как основной интерфейс будет отключен после установки нашей дополнительной защиты. Обычно сам бутлоадер не представляет никакого интереса для копирования. В качестве бутлоадера можно использовать свой, либо модифицированный из примеров от производителя микроконтроллера.