在IAR Embedded Workbench中进行Bootloader和Application联合开发和调试

随着电子技术的发展，客户对嵌入式产品的期望也越来越高，对应的嵌入式产品功能越来越丰富，里面包含的代码也越来越复杂。很多时候很难把所有功能都实现之后再进行测试验证，而是阶段性的开发对应的功能，然后进行测试验证。为了能够升级对应MCU里面包含的Application，越来越多的的嵌入式产品会包含Bootloader进行Application升级：修改之前的Bug和添加新的功能实现。

本文主要介绍IAR Embedded Workbench中的一些相关特性，帮助开发人员进行Bootloader和Application联合开发和调试。

一个Workspace同时包含Bootloader和Application工程

通常来说，Bootloader和Application需要单独建立工程，在IAR Embedded Workbench中，可以在一个Workspace里面同时包含Bootloader和Application的工程：

将变量放置到指定的地址

在IAR Embedded Workbench中，开发人员可以很方便的将变量放置到指定的地址：

• #pragma location
• @

在Bootloader和Application中，需要通过共享变量进行交互（比如Bootloader传给Application的MCU复位原因，Application传给Bootloader的升级请求等），这些共享变量需要放置到指定的位置。

下面通过一个简单的例子来说明利用#pragma location和@将变量放置到指定的地址：

/* Shared variables between Bootloader and Application */
#pragma location = 0x2001FFF8
static uint32_t UpdateRequest;
//#pragma location = 0x2001FFFC
static uint32_t McuResetReason @0x2001FFFC;

Build之后在生成的map文件中查看，对应的变量会被放置到指定的地址：

UpdateRequest 0x2001'fff8 0x4 Data Lc main.o [3]
McuResetReason 0x2001'fffc 0x4 Data Lc main.o [3]

声明变量不初始化

在IAR Embedded Workbench中，开发人员可以很方便的使用关键字__no_init将变量声明为不初始化。

在Bootloader和Application中，有些变量是不能进行初始化的，比如Bootloader传给Application的MCU复位原因变量不能在Application中初始化，而Application传给Bootloader的升级请求变量不能在Bootloader中初始化。

下面是在Bootloader中声明Application传给Bootloader的升级请求变量UpdateRequest不初始化：

/* Shared variables between Bootloader and Application */
#pragma location = 0x2001FFF8
__no_init static uint32_t UpdateRequest;
//#pragma location = 0x2001FFFC
static uint32_t McuResetReason @0x2001FFFC;

Build之后在生成的map文件中查看，对应的变量类型是uninit

Absolute sections, part 1 of 2: 0x4
.noinit uninit 0x2001'fff8 0x4 main.o [3]
- 0x2001'fffc 0x4
Absolute sections, part 2 of 2: 0x4
.bss zero 0x2001'fffc 0x4 main.o [3]
- 0x2002'0000 0x4

计算Application Checksum并在Bootloader中校验

在Bootloader跳转到Application之前，需要计算Application对应的校验码并和之前存取在Application的校验码进行比较，确保Application是完整的。

在IAR Embedded Workbench中内嵌了ielftool，可以在Link的时候生成对应代码区域的校验码并存储在指定的地址：

在Application ICF中把计算出的checksum放到对应的地址：

place at address mem: 0x080FFFFC { section .checksum };

在Bootloader ICF中定义（define）并导出（exported）Application Checksum计算相关的信息：开始地址，结束地址以及存放对应checksum的地址：

define symbol __ICFEDIT_region_FLASH_start__ = 0x08000000;
define symbol __ICFEDIT_region_FLASH_end__ = 0x08003FFF;
define exported symbol APPROM_start = 0x08004000;
define exported symbol CHECKSUM_start = 0x08004000;
define exported symbol CHECKSUM_end = 0x080FFFFB;
define exported symbol CHECKSUM_address = 0x080FFFFC;
define symbol APPROM_end = 0x080FFFFF;

在Bootloader 程序中计算对应Application的checksum并和之前存放的checksum进行比较：

extern uint32_t CHECKSUM_start;
extern uint32_t CHECKSUM_end;
extern uint32_t CHECKSUM_address;
/* Resets the CRC calculation unit */
CRC->CR = 0x01;
/* Calculate the code flash checksum using CRC calculation unit */
CrcValue = HAL_CRC_Accumulate(&hcrc, (uint32_t *)&CHECKSUM_start,
(((uint32_t)&CHECKSUM_end - (uint32_t)&CHECKSUM_start + 1u)/4u));

/* Compare the calculated checksum with the previously stored checksum */
/* Only jump to Applicstion when the checksum is the same */
if(*((uint32_t *)&CHECKSUM_address) == CrcValue)

单独调试Application

在IAR Embedded Workbench中调试时，下载完成之后调试器会把PC设置为对应应用程序的起始地址（软复位），这样可以在没有Bootloader的情况下，单独调试Application。

注意：需要在Application初始化的时候把中断向量重定向到Application的中断向量表。

联合调试Bootloader和Application

在开发Bootloader和Application时，最后需要联合调试，确保程序可以在Bootloader和Application正常跳转。

IAR Embedded Workbench提供非常方便的功能帮助开发人员联合调试Bootloader和Application。

通常来说Bootloader和Application的代码放置到不同的Flash区域，可以单独下载（下载Bootloader的时候不会影响Application，同理，下载Application的时候不会影响Bootloader）。当然，也可以一起下载。可以让Linker在Bootloader中包含Application，或者Application中包含Bootloader（注意，不能同时，否则会重复包含）。

下面以Application中包含Bootloader为例。在Project > Options > Linker > Input中输入BOOT，并选择对应的Bootloader.bin文件：

在Application的ICF文件中，把Bootloader放到对应的Flash区域：

define exported symbol boot_vector = 0x08000000;
place at address mem: boot_vector { readonly section .BOOT };

这样Bootloader就会包含在Application中：

Section Kind Address Size Object
------- ---- ------- ---- ------
"A2": 0x18b8
.BOOT const 0x800'0000 0x18b8 Bootloader.bin [1]
- 0x800'18b8 0x18b8
"A0": 0x188
.intvec ro code 0x800'4000 0x188 startup_stm32f405xx.o [3]
- 0x800'4188 0x188
"P1": 0x78fc
.text ro code 0x800'4188 0xf12 xprintffull_nomb.o [7]
.text ro code 0x800'509a 0x2a copy_init3.o [9]
.text ro code 0x800'50c4 0x16 strchr.o [9]
.text ro code 0x800'50dc 0x40 xfail_s.o [7]
.text ro code 0x800'511c 0x36 strlen.o [9]
.text ro code 0x800'5154 0x58 memchr.o [9]

调试时，可以在Bootloader工程中加载Application的调试信息，也可以在Application工程中加载Bootloader的调试信息，从而实现Bootloader和Application联合调试。

下面以Application工程中包含Bootloader调试为例。在Project > Options > Debugger > Images中勾选“Download extra image”和“Debug info only”，并选择对应的Bootloader.out文件：

同时由于Bootloader和Application都包含__vector_table，需要在Project > Options > Debugger > Extra Option中输入对应的命令：--drv_vector_table_base=0x08000000（0x08000000是Bootloader的__vector_table地址）。这样调试时调试器会使用Bootloader的__vector_table：

注意：不要勾选Project > Options > Debugger > Setup中的Run to main选项，这样调试的时候，下载完成之后调试器会让程序停在对应的入口地址，而不是main函数：

这样调试的时候，调试器会指向Bootloader的入口地址，通过View > Images打开对应的Images窗口，里面会显示Bootloader和Application的调试信息：

总结

本文主要介绍了IAR Embedded Workbench中的一些相关特性，帮助开发人员进行Bootloader和Application联合开发和调试。

 

参考文献：

1. IAR C/C++ Development Guide（Data placement at an absolute location）
2. IAR C/C++ Development Guide（Checksum calculation for verifying image integrity）
3. Flash Loader Development Guide （The IAR Flash Loader process） 
4. Creating a bootloader for Cortex-M：https://www.iar.com/knowledge/support/technical-notes/general/creating-a-bootloader-for-cortex-m/
5. C-SPY® Debugging Guide （--drv_vector_table_base）