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STM32 Bootloader：使用文件头加载并启动应用程序

backend 2025/6/19 5:43:37

文章目录

STM32 Bootloader：使用文件头加载并启动应用程序的完整解析
- 一、系统整体流程
- 二、镜像头结构 image\_header\_t
- 三、Bootloader 主函数流程
- - 1. 初始化 UART
  - 2. 调用启动函数
  - 3. 拷贝 APP 并跳转启动
- 四、跳转执行 APP 的实现
- 五、总结与扩展思路

明白了，以下是去除表情后的正式技术文章版本：

STM32 Bootloader：使用文件头加载并启动应用程序的完整解析

在嵌入式系统中，Bootloader 是系统启动的第一段程序，它的主要职责是加载应用程序、校验完整性以及为远程升级提供支持。本文将结合一个基于 STM32 的 Bootloader 实例，详细讲解如何借助镜像头（Image Header）从 Flash 中加载并执行主应用程序。

一、系统整体流程

本文的 Bootloader 实现具有以下基本功能流程：

初始化 UART，输出启动信息；
从指定的 Flash 地址读取应用程序头部结构；
解析镜像头部，获取程序加载地址和大小；
将应用程序从 Flash 拷贝到 RAM；
设置中断向量表并跳转到应用程序入口地址。

流程图如下：

启动 Bootloader↓
读取 image_header_t↓
解析 ih_load / ih_size↓
Flash → RAM 拷贝程序数据↓
配置向量表↓
跳转执行 APP

二、镜像头结构 image_header_t

为了描述应用程序的信息，Bootloader 使用一个自定义的数据结构 image_header_t，包含如下字段：

typedef struct image_header {__be32 ih_magic;      // 魔数，用于识别合法镜像__be32 ih_hcrc;       // 头部 CRC 校验值__be32 ih_time;       // 镜像生成时间戳__be32 ih_size;       // 应用程序大小（单位：字节）__be32 ih_load;       // 应用加载地址__be32 ih_ep;         // 程序入口地址__be32 ih_dcrc;       // 数据部分 CRC 校验uint8_t ih_os;        // 操作系统标识uint8_t ih_arch;      // CPU 架构uint8_t ih_type;      // 镜像类型uint8_t ih_comp;      // 压缩类型uint8_t ih_name[32];  // 镜像名称
} image_header_t;

为了确保头部字段正确读取，还实现了 be32_to_cpu 函数来转换大端字节序为当前平台字节序：

unsigned int be32_to_cpu(unsigned int x) {unsigned char *p = (unsigned char *)&x;return (p[0] << 24) + (p[1] << 16) + (p[2] << 8) + p[3];
}

三、Bootloader 主函数流程

1. 初始化 UART

uart_init();
putstr("bootloader\r\n");

用于串口输出调试信息。

2. 调用启动函数

unsigned int app_pos = 0x08040000;
relocate_and_start_app(app_pos);

指定 APP 存放在 Flash 的 0x08040000 位置。

3. 拷贝 APP 并跳转启动

relocate_and_start_app 是整个 Bootloader 的核心函数，负责：

解析头部信息；
读取加载地址和大小；
拷贝程序数据到目标 RAM 区域；
设置向量表基地址；
跳转到新的应用入口。

void relocate_and_start_app(unsigned int pos) {image_header_t *head = (image_header_t *)pos;unsigned int load = be32_to_cpu(head->ih_load);unsigned int size = be32_to_cpu(head->ih_size);unsigned int new_pos = pos + sizeof(image_header_t);putstr("load = "); puthex(load); putstr("\r\n");putstr("size = "); puthex(size); putstr("\r\n");copy_app((int *)new_pos, (int *)load, size);start_app(new_pos);  // 跳转执行
}

copy_app 函数用于将应用程序从 Flash 拷贝到 RAM：

void copy_app(int *from, int *to, int len) {for (int i = 0; i < len/4+1; i++) {to[i] = from[i];}
}

四、跳转执行 APP 的实现

start_app PROCEXPORT start_app; 设置向量表地址ldr r3, =0xE000ED08  ; VTOR 寄存器地址str r0, [r3]         ; 写入新的向量表地址ldr sp, [r0]         ; 设置新栈顶ldr r1, [r0, #4]     ; 获取复位向量（入口地址）BX r1                ; 跳转执行应用ENDP

这段汇编设置了新的中断向量表，并将控制权转移到应用程序。