用途与背景
在MCU开发中，固件的调试离不开烧录工具，烧录工具的种类有很多，常见的比如有ST-Link、J-Link、DAP等等。这些烧录工具的接口都不是统一的，并且它们的引脚接线往往需要非常仔细、慎重，才能保证正确烧录程序并调试。为了解决这个问题，本文提供了一种使用USB线即可完成程序在线调试的方法。USB已经是生活中常见的接口，并且它是以“盲插”的方式接入电脑的，也就是说，不会出现接错的情况。
另外，在SRAM上调试的速度可比flash快很多，并且不用担心flash的寿命问题，但相应的，也就有掉电无法保存的缺陷。
效果演示
当试用板的USB接口接入计算机时，计算机会弹出“U盘”的弹窗，此时，可将MCU的bin固件放入此U盘中（注意：目前Bootloader只检测“project”名称的bin固件），在传输完成后，按下试用板的“D7”按键，实现将“project.bin”固件的内容拷贝到外部sram。之后，MCU跳转到外部sram执行程序。这样就实现了在线调试程序的效果。
想观看效果演示的话，可以查看以下链接：
https://www.bilibili.com/vide...
整体原理介绍
存储分布
USB Bootloader主要涉及到2个存储区域，一是USB MSC设备的存储区，二是用户app的存储区。这两者目前都存放在SRAM中，其内存分布如下：
USB
USB是一种通用的串行通信方式，其硬件底层使用NAZI编码，并采用差分方式传输，进行了位填充、串行化、反串行化、CRC校验等处理，这些底层的处理都是由芯片硬件完成的，作为开发者无需关注更多。在经历这些底层的传输后，我们真正可以拿到的数据都是从端点取到的，当然，也可以通过端点发送数据。端点是通过端点号来标识的，端点0永远是控制端点，可以双向传输，其余端点只能标志为单向传输。基于端点之上，USB协议栈抽象了接口、配置和设备等概念，对应的，也就有端点描述符、接口描述符、配置描述符和设备描述符等。接口描述符包含了USB设备的功能信息，例如本文涉及到的U盘其实就是在接口描述符中添加MSC接口。更多USB基础知识可以直接上USB官网下载相关文档学习。
FATFS
我们知道，每个U盘在使用之前（如果还没有格式化），需要先格式化操作。在格式化过程中会选择格式化的文件系统。文件系统本质上是一种数据结构，完成数据的索引和存取。在windows的格式化选项中，一般会有fatfs文件系统，fatfs文件系统也是嵌入式领域常用的开源文件系统，因此，需要移植一个fatfs文件系统，实现对存储空间的文件系统制作以及文件数据的存取（也可以自己实现文件系统制作和数据存取，这需要了解文件系统构成，并且会降低程序可读性）。
关键实现
USB MSC存储空间操作
根据USB MSC的相关规范，USB主机会发送以下命令：
READ FORMAT CAPACITIES 和 READ CAPACITY
"READ FORMAT CAPACITIES"用于获取可格式化的最大容量,"READ CAPACITY"用于获取实际设备存储媒介的容量。在MindMotion的MSC例程中，这两者都回调同一个函数，也即两者返回容量一致，本文在此处将返回的容量改为256k的空间大小。如下：enum { DISK_BLOCK_NUM = 2 * 256, // 256k DISK_BLOCK_SIZE = 512 };READ
USB主机通过该命令读取U盘数据。在TinyUSB协议栈中，设备在接收到该命令时，回调“tud_msc_read10_cb”函数，在该函数添加SRAM读取处理即可。如下：int32_t tud_msc_read10_cb(uint8_t lun, uint32_t lba, uint32_t offset, void* buffer, uint32_t bufsize) { (void) lun; if ( lba >= DISK_BLOCK_NUM ) return -1; udisk_sram_read(lba * DISK_BLOCK_SIZE + offset, (uint8_t *)buffer, bufsize); return bufsize; }WRITE
与READ类似，设备在接收到该命令时，回调“tud_msc_write10_cb”函数，在该函数添加SRAM写入处理即可。如下：int32_t tud_msc_write10_cb(uint8_t lun, uint32_t lba, uint32_t offset, uint8_t* buffer, uint32_t bufsize) { (void) lun; // out of ramdisk if ( lba >= DISK_BLOCK_NUM ) return -1; #ifndef CFG_EXAMPLE_MSC_READONLY udisk_sram_write(lba * DISK_BLOCK_SIZE + offset, buffer, bufsize); #else (void) lba; (void) offset; (void) buffer; #endif return bufsize; }FATFS移植
进入fatfs官网下载源码，fatfs本质上是实现对数据的组织，其移植十分简单，主要在“diskio.c”文件中，在该文件中，实现对设备实际上存储媒介的状态查询、初始化、读写、和信息查询等接口即可。以下给出读写的代码参考：
DRESULT disk_read ( BYTE pdrv, /* Physical drive nmuber to identify the drive */ BYTE *buff, /* Data buffer to store read data */ LBA_t sector, /* Start sector in LBA */ UINT count /* Number of sectors to read */ ) { switch (pdrv) { case DEV_RAM : FATFS_SRAM_READ(sector * FF_MIN_SS, buff, count * FF_MIN_SS); return RES_OK; //case DEV_FLASH : } return RES_PARERR; } DRESULT disk_write ( BYTE pdrv, /* Physical drive nmuber to identify the drive */ const BYTE *buff, /* Data to be written */ LBA_t sector, /* Start sector in LBA */ UINT count /* Number of sectors to write */ ) { switch (pdrv) { case DEV_RAM : FATFS_SRAM_WRITE(sector * FF_MIN_SS, (uint8_t *)buff, count * FF_MIN_SS); return RES_OK; //case DEV_FLASH : //return res; } return RES_PARERR; }程序跳转
程序跳转主要包括以下步骤：
- 外设解初始化；
- 中断向量重定向；
- 堆栈指针重定位；
- 跳转到指定地址运行。
可参考如下：
void jump_to_app() { printf("jump to app\r\n"); dcd_int_disable(0); USB_Enable(BOARD_USB_PORT, false); UART_Enable(BOARD_DEBUG_UART_PORT, false); SCB->VTOR = APP_START_ADDR; Jump_To_App(); }Jump_To_App的实现如下：
Jump_To_App: ldr r0, = 0x68050000 ldr r0, [r0] mov sp, r0 ldr r0, = 0x68050000 + 4 ldr r0, [r0] bx r0注意事项
由于用户app是运行在sram上的，此时用户程序最好不要有sram的其它相关操作。并且由于bootloader已经使能了fsmc接口的相关引脚时钟，包括GPIOD、GPIOE、GPIOF、GPIOG，为了保证sram能够持续工作，用户app如若需要使用到“GPIOD、GPIOE、GPIOF、GPIOG”端口的相关引脚，不能再去打开这些端口的时钟，否则，sram会被中断导致用户app无法执行，出现“卡死”现象。
更新的用户程序需要做一些修改，主要在于分散加载文件，由于固件在sram上跑，因此程序的加载和运行位置都需要修改，以“plus-f5270_mdk\driver_examples\uart\uart_basic”例程为例，在默认的分散加载文件“mm32f5277e_flash.scf”中修改，具体如下：
#define __ROM_BASE 0x68050000 #define __ROM_SIZE 0x00040000栈的起始位置可以覆盖之前的位置。
在Keil中默认生成的固件为hex固件，可在设置中配置使其生成bin固~~~~件，如下：
拓展与升级
目前，该Bootloader仅仅实现在SRAM中跑程序，可进一步实现将固件数据拷贝到flash，实现程序升级。MM32F5277E9支持XIP，因此也可实现程序放置在外部flash上运行，从而支持大规模的应用。
