如何使用AT32F437以太網通信接口實現在應用中編程(IAP)

IAP概述

工作原理

在應用中編程(IAP)是一種在現場通過MCU 通信接口(例如USART、USB、CAN和以太網)進行固件升級的方式。

啟動微控制器時，可以選擇讓其在以下任一模式運行：

IAP模式，用于執行IAP代碼

正常模式，用于執行應用程序代碼

無論是IAP代碼還是應用程序代碼都位于微控制器的內置FLASH中，IAP代碼通常存儲在MCU FLASH的第一頁，而用戶應用程序代碼則占據剩余的FLASH區域。

圖1介紹了IAP操作流程

圖1 IAP操作流程

使用MCU以太網接口實現IAP

如果有以太網可用，則它通常是嵌入式系統中實現IAP功能的首選接口，其優勢包含：

高速通信接口(10/100 Mbps)

通過網絡(LAN或WAN)進行遠程編程

可以使用FTP、TFTP、HTTP等基于TCP/IP棧的標準應用協議實現IAP

通過以太網在AT32F437上實現IAP

本應用筆記將介紹兩種使用以太網通信外設在AT32F437上實現IAP的解決方案：

使用TFTP(簡單文件傳輸協議)的IAP

使用HTTP(超文本傳輸協議)的IAP

這兩種解決方案均基于LwIP棧(2.1.2)，它是輕量級的TCP/IP協議棧

使用TFTP實現IAP方法

使用TFTP實現IAP的方法廣泛應用于需要具有固件升級功能的嵌入式系統應用中(例如，嵌入式 Linux bootloader中)。

TFTP是一種在UDP傳輸層上執行的簡單文件傳輸協議。此協議非常適合在局域網環境中使用。它基于客戶端/服務器架構，在這種架構中，客戶端會向服務器發出文件傳輸請求(讀取或寫入操作)。

為實現IAP，需要在LwIP協議棧上實現一個簡單的TFTP服務器，服務器只須處理來自PC的TFTP客戶端的寫入請求即可。

使用HTTP實現IAP方法

使用HTTP協議進行固件升級沒有使用TFTP常見，但是在需要通過Internet進行遠程編程時，這種解決方案就顯得極為有用。這時，需要使用TCP傳輸協議來實現HTTP服務。

HTTP基于TCP協議運行，它提供了一個一種以HTML表單形式從Web客戶端(Mozilla Firefox或Microsoft Internet Explorer)發送一個二進制文件的方式。這稱為HTTP文件上傳(RFC1867)。

本文檔中的后續章節將詳細介紹這兩種IAP方法的實現，并會對如何使用軟件進行說明。

使用TFTP實現IAP

TFTP概述

TFTP是一種基于UDP的簡單文件傳輸協議。文件傳輸由TFTP客戶端發起，會向TFTP服務器發送讀取或寫入請求。服務器確認請求后，即開始進行文件數據傳輸。數據將以固定大小的塊盡情發送(例如每塊含512個字節)。

必須在每個發出的數據塊都得到接收方確認后，才可以發送下一個數據塊。這種確認機制通過隨各個數據塊一同發送的編塊號來實現。數據塊小于固定塊大小表示文件傳輸的結束。

圖2描述了各種TFTP數據包的格式：

圖2 TFTP數據包

表1列出了TFTP操作碼。表1 TFTP操作碼

使用TFTP為AT32F437實現IAP

此IAP實現由基于LwIP TCP/IP棧的TFTP服務器組成。

此服務器會對遠程TFTP客戶端(PC)發來的寫請求做出響應。

TFTP讀請求會被忽略。

TFTP通常會將接收到的文件寫入到文件系統，但是該服務器卻并非如此，它會將接受到的數據塊寫入到MCU FLASH(用戶FLASH區域中)。

注：在這個實現過程中，數據塊大小固定為512個字節。

圖3 概述了使用TFTP實現IAP操作的過程。

圖3 使用TFTP實現IAP流程圖

使用軟件

要通過TFTP對IAP進行測試，需執行以下步驟：

1. 在iap.h文件中，取消USE_IAP_TFTP選項的注釋。

2. 重新編譯軟件。使用生成的映射文件，確保IAP代碼區域之間沒有重疊(從地址0x0開始)，而且用戶FLASH區域從以下地址開始：APP_START_SECTOR_ADDR(在iap.h中定義)。

3. 在AT32 FLASH中編寫并運行軟件程序。

4. 要進入IAP模式，需要在按住開發版上的USER Key。

5. 分配完IP后(可以是靜態或動態地址)，用戶即可啟動IAP流程。

6. 在PC側，打開TFTP客戶端(例如Tftpd64)，然后配置TFTP服務器地址(Tftpd64中的主機地址)

7. 單擊Tftpd64實用程序中的Put(寫入)按鈕，啟動文件寫請求

8. 在IAP操作結束時，可以復位開發板并在AT32 FLASH中運行剛剛編寫的應用程序

圖4 TFTP64對話框

使用HTTP實現IAP

HTTP文件上傳概述

RFC1867中定義了使用HTTP進行文件上傳。此文件上傳方法是基于HTTP表單。發送原始二進制數據時，要使用HTTP POST方法而不是GET方法。

以下是一個HTML代碼示例，用于實現基于表單的文件上傳：

圖5 文件上傳HTML表單的瀏覽器畫面

注：在發送文件數據前，Web客戶端會首先發送HTTP頭文件數據，其中包含諸如文件名稱和內容長度等信息，Web服務器必須對其中的一些信息進行解析。

Web客戶端使用的HTTP頭文件格式并不總是相同。圖6顯示的是Internet Explorer在POST請求中的HTTP頭文件格式。圖7顯示的是Mozilla Firefox的HTTP頭文件格式。

HTTP Web服務器必須能夠處理這些不同的格式。

圖6 IE11 HTTP頭文件格式

圖7 Mozilla Firefox HTTP頭文件格式

使用HTTP在AT32F437上實現IAP

此IAP實現由基于LwIP棧的HTTP Web服務器組成。

在瀏覽器中輸入的AT32的IP地址后，將顯示登錄Web頁面(圖8)。此登錄Web頁面只有已獲授權的用戶才能使用IAP文件上傳功能。

圖8 登錄web頁面

注：1. 默認的User ID(用戶ID)為user, Password(密碼)為at32

2. 如果User ID(用戶ID)或Password(密碼)不正確，登錄Web頁面會重新加載。

登錄成功后，瀏覽并選擇要上傳到AT32 FLASH的二進制文件

注：確保二進制文件大小不超過AT32用戶FLASH區域的總容量。

單擊Upload(上傳)按鈕后(參見圖x)，將向服務器發出POST請求。這時，服務器開始擦除用戶FLASH區域的全部內容，等待接受二進制文件原始數據。然后將街收到的數據寫入用戶FLASH區域。

注意，要接收的數據總長度信息將從傳輸開始時發出的HTTP頭文件數據中提取。

在IAP操作結束后，Web頁面將只是IAP操作成功，同時顯示一個可用于復位MCU的按鈕。

圖9 文件上傳完成web頁面

圖10對使用HTTP實現IAP方法進行了總結

圖10 使用HTTP實現IAP的流程圖

使用軟件

要使用HTTP對IAP進行測試，需執行以下步驟：

1. 在iap.h文件中，取消選項USE_IAP_HTTP的注釋。

2. 重新編譯軟件，使用生成的映射文件，確保IAP區域代碼之間沒有重疊(從地址0x0開始)，而且用戶FLASH區域從以下地址開始：APP_START_SECTOR_ADDR(在iap.h中定義)。

3. 在AT32 FLASH中編寫并運行軟件程序。

4. 要進入IAP模式，需要再按住開發板上的USER Key。

5. 分配完IP地址后(可以是靜態或動態地址)，用戶即可啟動IAP流程

6. 打開Web客戶端(Mozilla Firefox或Internet Explorer)，輸入AT32 IP地址

7. 會顯示登錄Web頁面。在User ID(用戶ID)字段中輸入”user”，在Password(密碼)字段中輸入”at32”，然后按下Login(登錄)按鈕。

8. IP操作結束后，將加載新的Web頁面，只是文件上傳操作已經成功完成。

9. 可以按下Reset MCU(復位MCU)按鈕復位MCU，然后在AT32 FLASH中運行剛剛編寫的應用程序。

注：使用以下Web客戶端對軟件進行測試：Microsoft Internet Explorer 11和Mozilla Firefox 80.0

已知限制

二進制文件中添加的額外字節

Internet瀏覽器(Microsoft Internet Explorere或Mozilla Firefox)會在上傳的二進制文件的末尾添加一個隨機邊界標記(根據RFC1521規定，此標記不得超過72個字節)。在最新的IAP軟件版本中，并沒有刪除此邊界標記，而是在空間足夠的情況下將其存儲在FLASH中。如果沒有足夠空間，則不會在FLASH中寫入額外字節，也不會返回錯誤。

環境

硬件配置

1. DM9162以太網模塊

2. AT-START-F407開發板

3. 以太網線

軟件源碼

utilitiesAT32F437_emac_iap_demosource_codeootloader, emac iap源程序，運行iap升級程序

MAC地址和IP地址設置

在netconf.h文件中對MAC地址進行了定義。

默認的MAC地址固定為：004456:01。

在netconf.h文件中對IP地址進行了定義。

IP地址可以設置為靜態地址，也可以設置為由DHCP服務器分配的動態地址。默認的靜態地址為：192.168.81.37。