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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik STM32 über Bootloader programmieren


Autor: lars (Gast)
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Beim ATmega konnte man einen eigenen Bootloader installieren, der den 
ATmega mit Code von einer externen Quelle wie SD re-programmiert hat.

Geht das mit dem STM32 auch? Was wäre sonst die einfachste Möglichkeit, 
einen STM32 zu programmieren? Flash Loader Demo oder DfuSe?

Autor: A.. P. (arnonym)
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Die einfachste Möglichkeit wäre, den STM über den Boot Mode seriell zu 
programmieren. Benötigt natürlich aber einen externen Host dafür. Sich 
selbst "programmieren" kann der STM32 natürlich auch über einen 
selbstgeschriebenen Bootloader. Schau mal in diesem Thread:

Beitrag "Bootloader STMF413VGT6"

Autor: Torsten R. (Firma: robitzki.de) (torstenrobitzki)
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lars schrieb:
> Geht das mit dem STM32 auch? Was wäre sonst die einfachste Möglichkeit,
> einen STM32 zu programmieren? Flash Loader Demo oder DfuSe?

Was spräche gegen SWD?

Autor: lars (Gast)
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Torsten R. schrieb:
> Was spräche gegen SWD?

Daß man zusätzliche Software und ggf. zusätzliche Hardware benötigt.

Autor: Torsten R. (Firma: robitzki.de) (torstenrobitzki)
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lars schrieb:
> Torsten R. schrieb:
>> Was spräche gegen SWD?
>
> Daß man zusätzliche Software und ggf. zusätzliche Hardware benötigt.

Naja, irgend eine Form von Adaptierung / Kabel wirst Du für (fast) jeden 
Bootloader auch brauchen...

Und SWD hätte den Vorteil, dass man den auch zum debuggen nutzen kann.

: Bearbeitet durch User
Autor: Dr. Sommer (Gast)
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Torsten R. schrieb:
> Naja, irgend eine Form von Adaptierung / Kabel wirst Du für (fast) jeden
> Bootloader auch brauchen...

Die kann aber deutlich einfacher ausfallen, z.B. einfach nur ein USB 
Kabel, was eh jeder rum liegen hat. Manche STM32 haben USB Bootloader 
eingebaut, man kann sich aber auch selber einen programmieren.
Tatsächlich ist die Bootloader Programmierung bei den ARM einfacher als 
bei den AVR, denn die unterscheiden gar nicht zwischen Bootloader und 
Hauptprogramm, wodurch man mehr Flexibilität erhält. Im Wesentlichen 
muss man nur zum Starten des Programms einen bestimmten Sprung ausführen 
und das VTOR sowie SP setzen. Beide Programme können auch problemlos 
Teile des jeweils anderen aufrufen/nutzen.

Autor: Curby23523 N. (nils_h494)
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Man möge an eine industrielle Entwicklung denken. Soll der Kunde dann 
einen ST-Link kaufen und bedienen können? Nein, USB Kabel rein, 
Updatesoftware starten und los gehts - ohne irgendwelche zusätzlichen 
Treiber etc.

: Bearbeitet durch User
Autor: Torsten R. (Firma: robitzki.de) (torstenrobitzki)
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Nils N. schrieb:
> Man möge an eine industrielle Entwicklung denken. Soll der Kunde dann
> einen ST-Link kaufen und bedienen können? Nein, USB Kabel rein,
> Updatesoftware starten und los gehts - ohne irgendwelche zusätzlichen
> Treiber etc.

Naja, wir kennen die Anforderungen des OPs nicht. Er fragte nach 
"einfachste Möglichkeit, einen STM32 zu programmieren".

Autor: lars (Gast)
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Torsten R. schrieb:
> Naja, wir kennen die Anforderungen des OPs nicht. Er fragte nach
> "einfachste Möglichkeit, einen STM32 zu programmieren".

Es geht um den Hobbybereich, und meine Frage war, ob (und wie) der STM32 
sich selbst programmieren kann.

Der Grund dafür ist, daß ich niemandem zumuten möchte, ein komisches 
Flash-Programm, welches es sowieso nur für Windows gibt, suchen und 
herunterladen zu müssen.

Wenn er es aber nicht kann, dann hätte mich die einfachste Art 
Interessiert - offensichtlich UART, Flash-Programm nur für Windows oder 
selberschreiben.

Autor: pegel (Gast)
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lars schrieb:
> Flash-Programm nur für Windows oder selberschreiben.

Dann wirf einen Blick auf:
Beitrag "STM32CubeProgrammer"

Autor: Stefanus F. (stefanus)
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Die meisten (oder gar alle?) STM32 Mikrocontroller enthalten einen 
Bootloader der zumindest die UART Schnittstelle unterstützt - bei den 
größeren Modellen auch USB und CAN.

Ein USB-UART oder RS232 Adapter muss natürlich noch besorgt werden 
werden, um das Ding mit einem PC zu verbinden, denn normale PC's habe 
keine einfache UART Schnittstelle.

Die Software zum seriellen Bootloader heisst "Flash Loader 
Demonstrator".

Autor: lars (Gast)
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OK, danke für alle Antworten.

Und wie macht man das jetzt, wenn man einen eigenen Bootloader schreiben 
möchte, der Daten bspw. von einer SD-Karte liest und die Anwendung auf 
dem STM32 überschreibt? Habe dazu mit Google keinen brauchbaren Link 
gefunden.

Autor: Stefanus F. (stefanus)
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Dazu solltest du mal einen Blick in Referenzhandbuch der jeweiligen 
STM32 Serie werfen und vielleicht vom Stm32Duino Bootloader abgucken.
https://github.com/rogerclarkmelbourne/STM32duino-bootloader

: Bearbeitet durch User
Autor: W.S. (Gast)
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lars schrieb:
> Der Grund dafür ist, daß ich niemandem zumuten möchte, ein komisches
> Flash-Programm, welches es sowieso nur für Windows gibt, suchen und
> herunterladen zu müssen.

Also erstens kann sich kein einziger µC auf dieser Welt SELBST 
programmieren, denn er braucht immer die Daten, die in seinen 
Programmspeicher kommen sollen, von woanders her.

Nun haben m.W. eigentlich alle Cortex-Controller von NXP (außer 
Freescale) und ST einen eigenen Bootlader im ROM intus. Damit reduziert 
sich das ganze Programmieren darauf, diesem eingebauten Bootlader die 
entsprechenden Daten in geeigneter Weise zu verpassen.

Ob diese Daten nun von einem Windows-PC oder von einem grünen 
Marsmännchen herkommen, ist schnurzegal - solange man mit dem Bootlader 
so umgeht, wie der es braucht. Jetzt ist es an dir, ne Überlegung 
anzustellen, wie du es hinkriegst. Der Windows-PC ist m.E. die 
sinnfälligste Lösung, denn sowas ist wirklich am weitesten verbreitet, 
wenn man all die anderen "Kästchen" beiseite läßt, die kein für diesen 
Zweck geeignetes Interface aufweisen.

Also mach dich mit dem Gedanken vertraut, entweder ein Brennprogramm, 
das unter Windows läuft, zu verwenden oder dir was Passendes selbst zu 
schreiben.


Stefan U. schrieb:
> Die Software zum seriellen Bootloader heisst "Flash Loader
> Demonstrator".

Oder "STM32Prog"
oder eben ein anderer Eigenbau.

W.S.

Autor: A.. P. (arnonym)
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lars schrieb:
> Und wie macht man das jetzt, wenn man einen eigenen Bootloader schreiben
> möchte, der Daten bspw. von einer SD-Karte liest und die Anwendung auf
> dem STM32 überschreibt? Habe dazu mit Google keinen brauchbaren Link
> gefunden.

Nun, wenn du dir die hier geteilten Links und Anregungen durchgelesen 
und zu Gemüte geführt hast, dann machst du das, wie bei jeder sonstigen 
Anwendung auch: du schreibst ein Programm, welches mittels einer 
entsprechenden Bibliothek für den Zugriff auf eine SD-Karte die Datei 
(also das Anwendungs-Image) von der Karte einliest, an die gewünschte 
Stelle im Flash schreibt und darauf den Wechsel zu eben dieser Anwendung 
durchführt. Wie dieser Wechsel dann auszusehen hat, kannst du in den dir 
gegebenen Links nachlesen oder bei einer Suche nach dem Begriff 
"In-Application
 Programming" (z.B.).

Gruß

Autor: bla (Gast)
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Ich wähne mich zu erinnern, dass die mbed-Entwicklungsboards das über 
USB als Massenspeicher mit Drag&Drop machen. Der Mikrocontroller 
erscheint als tragbarer Speicher im PC und die neue Firmware wird 
einfach drauf kopiert. Das ist das mit Abstand einfachste was mir 
begegnet ist.

Autor: Stefanus F. (stefanus)
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Der ST-Link in Version 2.1 meldet sich am Linux/Window PC wie ein USB 
Speicherstick an. Man kopiert einfach die Firmware-Datei auf diesen 
"Stick" und fertig.

Das ist sehr Angenehm für nicht-Techniker. Daher könnte man erwägen, 
einfach einen fest ins Endprodukt einzubauen.

Bei Ali Express bekommt man diese Adapter für weniger als 10 Euro, ich 
bin allerdings nicht sicher, ob da die Firmware in Version 2.1 drauf ist 
bzw. installierbar ist.

Autor: DraconiX (Gast)
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Stefan U. schrieb:
> Bei Ali Express bekommt man diese Adapter für weniger als 10 Euro

Da ist zu 99% die V2.0 drauf, ohne die Massenspeicherunterstützung. Auch 
bedient dieser ja den Programmieradapter, welcher wiederrum den µC wie 
SWD oder seriell programmiert. Das ist dann halt auch wieder kein reines 
IAP.

Aber wie oben bereits erwähnt: Ein USB-CDC in den Bootbereich schieben, 
und sich dann selbst eine Anwendung dafür schreiben, dann klappt das 
auch mit reinem USB Kabel zum Flash beschreiben.

Auf einem STM32 hab ich dies selbst noch nicht gemacht, weil die drei 
SWD Pins anzustöbseln hat mich noch nicht weiter gestört. Bei einem 
MEGA32u4 hab ich dies aber bereits umgesetzt. Via USB-CDC ein 
definierten String gesendet, welcher den Mega32 in Bootbereich schickte 
und dann von dort halt die Daten entgegengenommen und in den Flash 
geschrieben. Interrupts wieder auf die neue Startadresse gelegt und von 
der Adresse gestartet... Fertig war der USB-IAP. Beim STM32 dürfte das 
dann das gleiche werden. Klingt zumindest interessant und werde ich mir 
wohl auch mal machen.

Autor: Dr. Sommer (Gast)
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DraconiX schrieb:
> Aber wie oben bereits erwähnt: Ein USB-CDC in den Bootbereich schieben

Warum dann nicht gleich ein USB-MSC oder DFU? Oder ein ganz eigenes 
Protokoll mit eigener PC-Software, das geht auch ohne extra Treiber und 
ist unwesentlich komplizierter als Zugriff auf Serial Port, dafür aber 
stabiler/anwenderfreundlich (muss keinen Port auswählen).

Autor: Johannes S. (jojos)
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bla schrieb:
> Ich wähne mich zu erinnern, dass die mbed-Entwicklungsboards das über
> USB als Massenspeicher mit Drag&Drop machen.

Das machen die aber über einen zweiten uC auf dem Board. Viele uC von 
NXP haben einen Bootloader der selber USB MSD im ROM hat, das hilft dem 
TO aber auch nicht.

Autor: A.. P. (arnonym)
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Ich habe mal so einen Bootloader für einen STM32F407 geschrieben, mit 
einer kleinen Logik sozusagen. Mehr aber als Machbarkeitsanalyse und 
Erfahrung für mich für die Zukunft, habe den Bootloader bislang aber 
noch nicht bei mir eingesetzt, weil meine Hobbyprojekt es nicht 
erforderten :) Funktioniert hat er aber in meinen Tests, wie geplant - 
so viel schon mal vorweg :)

Genau war der Ablauf aber so:

Der Bootloader liegt im Bereich 0x08000000-0x08000FFF des Flash und hat 
die FatFS- und eine schlanke Crypto-Bibliothek mit an Bord. Der 
verbleibende Flash bietet Platz für ein Anwendungsimage und ein paar 
Statusinfos. Sobald der Controller startet, schaut der Bootloader 
zunächst nach einer bestimmten Datei (einem Anwendungs-Image) auf der 
SD-Karte und geht wie folgt vor:

a) Kein Image gefunden
Der Bootloader deaktiviert alle Interrupts, deinitialisiert sämtliche 
Peripherie, führt die notwendigen Kommandos zur Relokation der 
Vektortabelle aus und springt schließlich zur Anwendung ab 0x08001000.

b) Image gefunden
Das Anwendungs-Image ist ein zuvor ganz normal geschriebenes Programm, 
wie jedes andere auch, nur die Startaddresse wurde entsprechend in der 
Linker-Datei geändert. Zusätzlich dazu habe ich über ein Post 
Build-Skript eine Signatur dem Image vorangestellt. Der Bootloader liest 
nun dieses Image ein, verifiziert die Signatur, schreibt das Image im 
Erfolgsfall ab Addresse 0x08001000 in den Flash und fährt wie unter a) 
fort. Bei fehlgeschlagener Signaturprüfung wird ein Fehler gelogt, 
welcher bei Ausführung des alten Images gemeldet wird.

Soweit der grobe Ablauf eines solchen möglichen Bootloaders. Nun kann 
man diesen ganzen Prozess beliebig komplex oder einfach gestalten. 
Denkbar ist z.B. das alte Image im Flash beizubehalten und stattdessen 
das neue Image an eine weitere Addresse zu schreiben und dann zu 
wechseln. So hat man ein funktionierendes Image immer vorhanden und kann 
immer noch ein Rollback durchführen, wenn irgendwann doch etwas nicht 
laufen sollte. Das halbiert natürlich den verfügbaren Platz für die 
Anwendung, das ja nun zwei davon in den Flash passen müssen. Nur mal als 
Idee.

Natürlich kann man sich auch den Zauber mit einer Signatur sparen, ich 
habe das lediglich in meinen Bootloader eingebaut, um, wie bereits 
gesagt, für die Zukunft zu wissen, wie ich es anstelle, dass nur von mir 
erstellter und signierter Code ausgeführt wird.

Ich hoffe, meine Ausführung kann dem ein oder anderen noch als Anregung 
zu dem Thema dienen.

Gruß

: Bearbeitet durch User
Autor: lars (Gast)
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A.. P. schrieb:
> Genau war der Ablauf aber so:

Danke, das war jetzt hilfreich.

Ich meine, Leute, ich weiß, was ich machen muß, ich weiß nur nicht wie! 
Also ganz konkret:

1. Wie schreibe und installiere ich einen Bootloader? (Insb. wie sieht 
das Linker-Script dafür aus?)
2. Wie kann ich Zeug ins Flash schreiben? (Wird ja kein memcpy sein, 
oder?)

Links genügen.

Autor: Christopher J. (christopher_j23)
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lars schrieb:
> 2. Wie kann ich Zeug ins Flash schreiben?

Das steht im Reference Manual für deinen Controller, für einen F407 wäre 
das z.B. www.st.com/resource/en/reference_manual/dm00031020.pdf
Dort unter Kapitel 3 "Embedded Flash memory interface"


lars schrieb:
> 1. Wie schreibe und installiere ich einen Bootloader? (Insb. wie sieht
> das Linker-Script dafür aus?)

Installieren musst du den ganz genau so wie ein "normales" Programm. Das 
Linker-Script des BL selbst ist auch nicht unterschiedlich, lediglich 
das für die Applikation, die der BL dann ausführen soll muss angepasst 
werden (Ursprung des Flash != 0x8000000 sondern versetzt um die Größe 
des BL, d.h. in etwa 0x08001000 wie im Beispiel von arnonym).

Wie man den schreibt:
1. Auf irgendeiner Schnittstelle lauschen ob etwas geschrieben werden 
soll
2. Wenn etwas geschrieben werden soll "Zeug ins Flash schreiben"
3. Wenn nicht, dann die Applikation starten, welche bereits geschrieben 
wurde

Autor: lars (Gast)
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Danke, damit komme ich weiter!

Autor: A.. P. (arnonym)
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lars schrieb:
> Danke, das war jetzt hilfreich.
>
> Ich meine, Leute, ich weiß, was ich machen muß, ich weiß nur nicht wie!

Dann hast du irgendwie die falschen Fragen gestellt oder dein Problem 
nicht genau beschrieben. In meiner obigen Beschreibung steckte doch das 
"Wie" und das "Was" mit drin. Oder war dein einziges Problem jetzt, zu 
verstehen, dass der Bootloader auch nur ein Stück Programm ist, dass 
irgendwo im Flash des Controllers liegen muss und am besten nicht da, wo 
dann ein anderes Programm hin soll?

Dass ich nicht beschrieben habe, dass du für diesen Bootloader eine 
Entwicklungsumgebung deiner Wahl bedienen und danach das Programm 
flashen musst, war irgendwie selbstverständlich aufgrund der Art deiner 
Frage.

Die notwendigen Infos, wohin und wie, hab ich dir doch in Form von 
Beispieladdressen oder dem Hinweis auf die Änderung der Addresse im 
Linker-File gegeben.

Autor: Eric B. (beric)
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Die Königsklasse ist dann einen Bootloader zu schreiben der auch sich 
selbst updaten kann ;-)

Autor: Dr. Sommer (Gast)
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Eric B. schrieb:
> Die Königsklasse ist dann einen Bootloader zu schreiben der auch
> sich
> selbst updaten kann ;-)

Dazu muss der sich lediglich in den RAM kopieren und von da laufen. Das 
ist auch bei "normalen" Bootloadern nicht verkehrt, um auch während des 
Flashens reagieren zu können. Allerdings steigt dadurch die Gefahr des 
"Brickens" deutlich an, weshalb man sich das gut überlegen sollte!

Autor: Torsten R. (Firma: robitzki.de) (torstenrobitzki)
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Dr. Sommer schrieb:
> Eric B. schrieb:
>> Die Königsklasse ist dann einen Bootloader zu schreiben der auch
>> sich
>> selbst updaten kann ;-)
>
> Dazu muss der sich lediglich in den RAM kopieren und von da laufen.

Dazu müste er ins RAM passen. Einfacher ist es, keine einfache eine 
Applikation zu schreiben, die, wenn sie läuft, den neuen Bootloader 
installiert.

Autor: Dr. Sommer (Gast)
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Torsten R. schrieb:
> Dazu müste er ins RAM passen.

Wenns nicht gerade einer der allerkleinsten STM32 mit 2kB RAM ist, 
müsste der Bootloader schon ziemlich ineffizient programmiert sein, 
damit er nicht passt!
Bei den STM32 mit nur einer Flash-Bank (das sind die meisten) wird der 
Bootloader blockiert während des Schreibens (z.T. für > 1sec), sodass er 
nicht mehr auf das Protokoll o.ä. reagieren kann. Wenn das ein Problem 
ist, muss man den BL sowieso in den RAM kopieren...

Torsten R. schrieb:
> Einfacher ist es, keine einfache eine
> Applikation zu schreiben, die, wenn sie läuft, den neuen Bootloader
> installiert.
Das ist auch gut. Dabei aber aufpassen dass nicht bei jedem Start neu 
geflasht wird ;-)

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