bootloader STM32 按键APP跳转

bootloader介绍

bootloader翻译过来是引导加载程序，我一开始把这个和OTA搞混了，简单来说他就是上电后最先执行的一段程序，这个和硬件上给BOOT0接1不太一样，一般只有芯片被锁才会给boot0接1通过串口擦除或烧录程序 附上git工程bootloader

写这个bootloader有什么用处呢，首先它可以不烧录就能够切换程序，其次能够接收数据实现OTA功能（这个是我后面会说）之类的，目前我能想到的就是这两个。

芯片上电后的过程

1. 硬件复位与 Boot 引脚采样 (Hardware Reset)

• 上电/复位 ：当 NRST 引脚检测到复位信号或电源电压达到阈值时，CPU 内核复位。
• 采样 Boot 引脚 ：硬件电路采样 BOOT0 和 BOOT1 引脚的电平状态。
• 根据电平组合，决定从哪个存储区域开始执行代码：
  • Main Flash (0x0800 0000)：正常用户程序启动。
  • System Memory (0x1FFF xxxx)：进入厂家固化的 ISP Bootloader。
  • SRAM (0x2000 0000)：从内存启动（常用于调试）。
• 映射地址 ：如果从 Main Flash 启动，硬件会将 Flash 的起始地址映射到 0x0000 0000（别名区），以便 CPU 取指。

这里一般就指向0x08000000

2. 获取初始栈指针 (MSP) 和复位向量

CPU 从启动地址（通常是 0x0800 0000）读取前两个字（Word，32位）：

• CPU 将这个值加载到 MSP (Main Stack Pointer) 寄存器。栈用于存放局部变量、函数调用上下文等。

• CPU 将这个地址加载到 PC (Program Counter) 寄存器。
• 此时，PC 指向了启动文件中的 Reset_Handler 函数。

注意 ：这两个值构成了中断向量表 (Vector Table) 的前两项。

这里就是常说的指向向量中断表，每个程序的都不一样，所以得确保跳转之后指向的是与之相对应的，后面我会有代码解释

• 如果使用了 C++ 或特定的 C 库特性，编译器会生成初始化数组。

3. 执行 Reset_Handler (汇编阶段)

Reset_Handler 通常位于启动文件（如 startup_stm32f10x.s）中，是一段汇编代码。它主要做以下几件事：

关闭中断 ：确保在初始化完成前不会响应任何中断，防止不可预知的行为。

系统时钟初始化 (SystemInit) ：

• 调用 C 语言函数 SystemInit()（位于 [system_stm32f1xx.c](javascript:void(0))）。
• 配置 PLL、HSE/HSI、分频系数等，将系统时钟提升到目标频率（如 72MHz）。
• 配置 Flash 等待周期（Wait States），确保 CPU 能正确读取 Flash。

数据段初始化 (.data 和 .bss) ：

• .data 段拷贝 ：将存储在 Flash 中的已初始化全局变量/静态变量复制到 SRAM 中。因为 SRAM 断电后数据丢失，所以初始值必须存在 Flash 里，上电后搬移到 SRAM。
• .bss 段清零 ：将未初始化的全局变量/静态变量所在的 SRAM 区域清零。C 标准规定未初始化的全局变量默认值为 0。
• 启动代码会遍历这些数组，调用全局对象的构造函数（C++）或特定的初始化函数。
• 对于纯 C 工程，这一步可能为空或非常简短。

这里在代码里主要就是关中断，systick

4. 调用 C 库初始化 (__libc_init_array / __init_array)

• 如果使用了 C++ 或特定的 C 库特性，编译器会生成初始化数组。
• 启动代码会遍历这些数组，调用全局对象的构造函数（C++）或特定的初始化函数。
• 对于纯 C 工程，这一步可能为空或非常简短。

5. 跳转到 main() 函数

• 完成上述所有初始化后，Reset_Handler 最后会调用 C 标准库入口函数 __main（注意不是 main）。
• __main 是编译器生成的辅助代码，负责最终的环境设置（如堆初始化），然后正式跳转到用户编写的 main() 函数。
• 从此，程序进入用户应用逻辑，开始无限循环或任务调度。

原理简述

现在上电过程讲完了，能看到正常没有bootloader的话，他会指向0x08000000这个地址，从这个地址开始执行程序，如果想用bootloader，我们可以把bootloader写在这个首地址，把APP即应用功能写在别的地址分块，从而能够实现多功能

就像这个表格

无 Bootloader 时 ：直接从 0x08000000 执行单一程序。

有 Bootloader 时 ：

Bootloader 先运行，根据标志（按键/升级标志/CRC等）决定跳转到哪个 APP。

每个 APP 编译时需设置独立的 链接地址（VECT_TAB_OFFSET） ，并重新映射中断向量表到自身地址。

代码解析

现在看一下boot的程序

/* USER CODE BEGIN 0 */
// app的程序在芯片flash的位置
#define APP_ADDRESS 0x08002000U
typedef void (*pFunction)(void);
void JumpToApplication(void) {
// 1. 检查应用程序地址是否有效
// 应用程序的栈顶地址位于其起始地址的第一个字
if (((*(__IO uint32_t*)APP_ADDRESS) & 0x2FFE0000) == 0x20000000) {
// 2. 禁用所有中断（防止 Bootloader 中断干扰 App）
__disable_irq();
// 3. 关闭 SysTick、清除挂起的中断（干净的执行环境）
SysTick->CTRL = 0;
SysTick->LOAD = 0;
SysTick->VAL = 0;
for (uint32_t i = 0; i < 8; i++) {
NVIC->ICER[i] = 0xFFFFFFFF; // 禁用所有中断
NVIC->ICPR[i] = 0xFFFFFFFF; // 清除挂起标志
}
// 2. 将中断向量表重定向到应用程序地址
SCB->VTOR = APP_ADDRESS;

// 3. 获取应用程序的栈顶地址和复位处理函数地址
pFunction app_reset_handler = (pFunction)(*(__IO uint32_t*)(APP_ADDRESS + 4));
__set_MSP(*(__IO uint32_t*)APP_ADDRESS);
// 4.重新使能中断
//__enable_irq();
// 5. 跳转到应用程序
app_reset_handler();
}else{
// 没有识别到app

}
}
/* USER CODE END 0 */

/**
* @brief The application entry point.
* @retval int
*/
int main(void)
{

/* USER CODE BEGIN 1 */

/* USER CODE END 1 */

/* MCU Configuration——————————————————–*/

/* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
HAL_Init();

/* USER CODE BEGIN Init */

/* USER CODE END Init */

/* Configure the system clock */
SystemClock_Config();

/* USER CODE BEGIN SysInit */

/* USER CODE END SysInit */

/* Initialize all configured peripherals */
MX_GPIO_Init();
/* USER CODE BEGIN 2 */
uint32_t startTime = HAL_GetTick();
uint32_t timeout = 2000; // 2秒超时

// 在2秒内轮询检测按键状态
while ((HAL_GetTick() – startTime) < timeout) {
// 检测 KEY0 是否被按下 (低电平有效)
if (HAL_GPIO_ReadPin(Key0_GPIO_Port, Key0_Pin) == GPIO_PIN_RESET) {
// 可选：添加简单的去抖动延迟，例如 10-20ms
HAL_Delay(20);
// 再次确认按键仍然处于按下状态
if (HAL_GPIO_ReadPin(Key0_GPIO_Port, Key0_Pin) == GPIO_PIN_RESET) {
JumpToApplication();
}
}
// 短暂延迟以降低 CPU 占用率，非必须但推荐
HAL_Delay(10);
}

/* USER CODE END 2 */

/* Infinite loop */
/* USER CODE BEGIN WHILE */
while (1)
{
HAL_GPIO_TogglePin(Led0_GPIO_Port, Led0_Pin);
HAL_GPIO_TogglePin(Led1_GPIO_Port, Led1_Pin);
HAL_Delay(500);
/* USER CODE END WHILE */

/* USER CODE BEGIN 3 */
}
/* USER CODE END 3 */
}

这个就是boot程序的主函数，主要实现的功能就是在上电后的两秒内如果按下按键key0，会跳到另外一个程序，另外一个程序是两个灯常量，如果上电后两秒内不按，就不跳程序，运行该程序，两个灯亮灭亮灭

来解释一下这个跳转函数

// app的程序在芯片flash的位置
#define APP_ADDRESS 0x08002000U
typedef void (*pFunction)(void);
void JumpToApplication(void) {
// 1. 检查应用程序地址是否有效
// 应用程序的栈顶地址位于其起始地址的第一个字
if (((*(__IO uint32_t*)APP_ADDRESS) & 0x2FFE0000) == 0x20000000) {
// 2. 禁用所有中断（防止 Bootloader 中断干扰 App）
__disable_irq();
// 3. 关闭 SysTick、清除挂起的中断（干净的执行环境）
SysTick->CTRL = 0;
SysTick->LOAD = 0;
SysTick->VAL = 0;
for (uint32_t i = 0; i < 8; i++) {
NVIC->ICER[i] = 0xFFFFFFFF; // 禁用所有中断
NVIC->ICPR[i] = 0xFFFFFFFF; // 清除挂起标志
}
// 2. 将中断向量表重定向到应用程序地址
SCB->VTOR = APP_ADDRESS;

// 3. 获取应用程序的栈顶地址和复位处理函数地址
pFunction app_reset_handler = (pFunction)(*(__IO uint32_t*)(APP_ADDRESS + 4));
__set_MSP(*(__IO uint32_t*)APP_ADDRESS);
// 4.重新使能中断
//__enable_irq();
// 5. 跳转到应用程序
app_reset_handler();
}else{
// 没有识别到app

}
}

一开始定义了一个地址，是APP存放在flash的地址，如何确定烧录地址待会会在下面讲，现在只需要知道我们已经把这个APP烧录在一个起始地址为0x08002000的 加个u是告诉编译器这是无符号整数 运行这个跳转程序的时候，会先检查一下

判断条件解释

解释一下 (((*(__IO uint32_t*)APP_ADDRESS) & 0x2FFE0000) == 0x20000000)

这个就是取一下栈顶指针，再根据这个指针取一下值，而MSP也就是栈顶指针指向SRAM，SRAM起始地址通常是0x2000 0000，SRAM的大小一般为20k，即0x2000 5000，栈指针一般指向最高地址（即地址数字最大的地址），即这个取出来的值是0x2000 5000 他与0x2FFE0000进行与操作后就是0x20000000，这保证APP地址的MSP有效且正确

*(__IO uint32_t*)APP_ADDRESS)这个取出来就是MSP 而MSP就是指向SRAM栈底地址的地址

关中断，清中断，重定义中断向量表

这里需要说的就是SCB->VTOR = APP_ADDRESS

这是操作寄存器，把新的中断向量表存到寄存器里

重定义启动入口

读取一下复位中断服务程序的地址，这个在第二个字，第一个字是指向SRAN的栈顶地址，

开中断

这一步讲一下，我查了一下正规操作在跳转的过程中不需要开中断，可以一直关中断，这个原因是，关掉中断之后，等跳转到APP的地址的时候，会运行APP程序的MAIN函数，MAIN函数里的init函数会自己把这些中断，systick之类的打开

同时这个跳转过程一直关中断还能保证安全性

再跳转到应用程序

keil操作解释

这里可以设置你烧录程序的起始地址和大小，这个得和flash对上，flash一般擦除是按照扇区，一个扇区就是2kb，注意对其即可，旁边的SRAM不用动，这个是boot的设置

这个是APP的设置，会发现IRAM也就是SRAM是一样的，我一开始想这会不会导致MSP一样，后面查了一下

结论： 你不需要担心 MSP 是否一样。只要每个 App 都能独立正常运行，Bootloader 就能正确地将它们一个个启动起来。 MSP 相同是嵌入式系统中的常态，而非异常。

看来应该没什么事，我们只要做好flash管理就好了

中断向量偏移表重定向

我问了deepseek说，跳转到APP的时候，APP可能会在HAL_init这个函数里把SCB->VTOR也就是中断向量偏移表给重定向，他这个本来应该是0x00000000，跳转的时候我设为了0x08002000，APP的main重定向可能会把他重新设为00000000，但是我自己调试的时候发现不会出现这个现象，跳转后APP的main函数里并不会对中断向量偏移进行操作

又问了下deepseek 他说F4/F7系列可能会重新设定 = = 我也不知道真的假的 这块是F103系列的

实验现象

开机后2s内不按key0 灯闪烁 reset后2s内按下key0 灯常亮