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1 为什么需要boot loader？
2 写一个最简单的bootloader
原理与思想
步骤
bootloader工程
1. 选择工程代码烧录的区域
2. 定义APP的工程代码存放区域（方便后续跳转）
3. printf重定向和关闭外设函数
4.【重点】跳转APP程序函数
5. main()函数（bootloader主逻辑）
APP工程
1. 选择工程代码烧录区域
2. main()函数
最终效果：
3 常见问题
1. 从bootloader跳转到APP需要几步？
2. 在bootloader的跳转函数中为什么要设置MSP=app初始栈顶指针？
1. 栈的基本作用
2. 为什么必须重新设置MSP？
问题场景：
具体问题：
总结：
3. Bootloader跳转APP时需要注意什么？
1. 如果Bootloader里面有freertos，则跳转App之前需要关闭 systick定时器和关中断。在App中需要先反向初始化外设、时钟，然后再初始化外设和时钟，再开启中断。
2. 在跳转APP后应该在app的所有初始化（时钟）之前，先deinit，再init所有外设，像锁相环这种外设，不是你修改一下参数，就能重新整定的，它需要重新回到激励，重新设置参数
0 相关阅读下面的文章是我之前写的相关博客，可配合本文食用：
STM32启动流程与bootloader全面解析：从上电复位到进入main函数
揭秘：基于Bootloader的IAP如何实现程序更新
1 为什么需要boot loader？简化固件更新:Bootloader 允许通过串行接口(如UART、USB、SPI等)在不使用编程器的情况下更新单片机的固件。这使得开发和维护过程更加便捷，尤其是对于那些已经部署在现场的设备。
分离应用和编程逻辑:通过使用 Bootloader，可以将应用程序代码与编程和启动逻辑分开。这样可以简化应用程序的开发，因为开发者不需要处理底层的启动和初始化细节。
安全性增强:Bootloader 可以集成安全机制，如加密和签名验证，以确保只有经过验证和授权的固件能够被写入和执行。这有助于防止恶意代码的注入和固件篡改。
硬件初始化:在一些复杂的单片机应用中，Bootloader 可以处理初始的硬件配置和初始化工作，如配置时钟、初始化外设等，然后将控制权交给主应用程序。
多应用支持:Bootloader 可以支持多应用程序管理，允许在单片机上运行多个独立的应用程序，并在需要时选择启动不同的应用。
复原机制:如果在固件更新过程中出现错误，Bootloader 可以提供复原机制，如保持一个稳定的备份版本或进入安全模式，以确保设备不会因为更新失败而变砖。
2 写一个最简单的bootloader我们现在来写一个最简单的bootloader：
程序内容只有三步：取出 app 的地址 -> 设置MSP寄存器的数值为APP地址（初始化APP栈顶指针）-> 跳转到APP
配置cubemx的过程略过。（简单配置一下时钟，再配置一个串口1为异步即可）
原理与思想Bootloader 和 APP 是两个工程，两个工程都有自己的启动文件。bootloader如果存在，就会先进bootloader的启动文件，然后到bootloader的main()函数，执行完bootloader的流程，然后跳转到APP的Reset_Handler，执行APP的启动文件，再进APP的main()函数。
Flash布局 (0x08000000)
├── Bootloader区 (0x08000000 - 0x08019000)
│ ├── Bootloader的向量表
│ ├── Bootloader的启动代码
│ └── Bootloader的主逻辑
└── 应用程序区 (0x08019000 - (0x08019000+0x67000))
├── 应用程序的向量表（已偏移）
├── 应用程序的启动代码
└── 应用程序的主逻辑
步骤bootloader工程1. 选择工程代码烧录的区域
2. 定义APP的工程代码存放区域（方便后续跳转）
#define APP_FLASH_ADDR 0x08019000
3. printf重定向和关闭外设函数
#ifdef __GNUC__
#define PUTCHAR_PROTOTYPE int _io_putchar(int ch)
#else
#define PUTCHAR_PROTOTYPE int fputc(int ch, FILE *f)
#endif /* __GNUC__*/
/******************************************************************
*@brief Retargets the C library printf function to the USART.
*@param None
*@retval None
******************************************************************/
PUTCHAR_PROTOTYPE
{
HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)&ch,1,0xFFFF);
// SEGGER_RTT_PutChar(0,ch);
return ch;
}
// 关闭外设函数
void DisablePeripherals(void)
{
// turn off RTC timer
__HAL_RCC_RTC_DISABLE();
// disable irq
__disable_irq();
}
4.【重点】跳转APP程序函数
typedef void (*pFunction)(void);
static pFunction JumpToApplication;
void JumpToApp(void)
{
uint32_t jumpAddr, armAddr;
// read the first 4 bytes of App
armAddr = *(uint32_t*)APP_FLASH_ADDR;
for (uint16_t i = 0;i < 1000;++i)
{
printf("bootloader running[%d]...\r\n",i);
}
// 1.the range of ram's addr is 0x20000000~0x2001FFFF
// 2.This indicates that the application's entry point address is within the valid range of RAM.
// 3.the first 4 bytes of APP_FLASH_ADDR indicates App's initial stack top pointer(SP)
// 4.__IO == volatile
if (((*(__IO uint32_t*)APP_FLASH_ADDR) & 0x2FFE0000) == 0x20000000)
{
// 获取应用程序的入口地址（即应用程序的复位中断服务函数的地址）
jumpAddr = *(__IO uint32_t*)(APP_FLASH_ADDR + 4);
// 将函数指针 = 复位中断服务函数地址
JumpToApplication = (pFunction)jumpAddr;
// 设置栈顶指针为应用程序栈顶指针的初始值
__set_MSP(*(__IO uint32_t*)APP_FLASH_ADDR);
// 跳转到应用程序复位中断服务函数，开始执行
JumpToApplication();
}
}
步骤拆解：
① 读取 APP 的栈顶指针：APP_FLASH_ADDR是 APP 在 Flash 中的起始地址，对应 APP 中断向量表的第 1 个元素（栈顶指针，见笔记MCU启动：从上电到运行main函数完整流程中的向量表结构）。
② 验证 APP 有效性：(*(__IO uint32_t*) APP_FLASH_ADDR)&0x2FFE0000 == 0x20000000是关键检查：
STM32 的 SRAM 地址范围通常是0x20000000 ~ 0x2001FFFF（假设 SRAM 大小为 128KB，可以看参考手册的地址映射图）。
*(__IO uint32_t*) APP_FLASH_ADDR： 读取应用程序起始地址（APP_FLASH_ADDR）处的第一个字（初始栈指针值）。
& 0x2FFE0000： 这是一个掩码，用于检查地址是否落在有效的RAM范围内。
掩码 0x2FFE0000 的二进制形式：0010 1111 1111 1110 0000 0000 0000 0000
目的是忽略地址的低位（如对齐位或保留位）低位都是偏移量不需要关心，只需要检查高位是否匹配RAM基地址。
例子：
经过 & 0x2FFE0000 操作后，一个有效的、指向 RAM 区域的栈指针，其高位部分必须恰好等于 0x20000000。
(0x20001234 & 0x2FFE0000) = 0x20000000 -> 有效
(0x2001FFFF & 0x2FFE0000) = 0x20000000 -> 有效
(0x20020000 & 0x2FFE0000) = 0x20020000 -> 无效 (不在SRAM有效地址范围内)
(0x08001234 & 0x2FFE0000) = 0x00000000 -> 无效 (不在SRAM有效地址范围内)
(0x00000000 & 0x2FFE0000) = 0x00000000 -> 无效 (不在SRAM有效地址范围内)
== 0x20000000： 验证 masked 后的地址是否等于 0x20000000（STM32的RAM起始地址）。
③ 获取 APP 入口地址：APP_FLASH_ADDR + 4是 APP 向量表的第 2 个元素（复位向量），存储的是 APP 的入口函数地址（即 APP 启动文件中的Reset_Handler）。
④ 设置栈指针并跳转：
__set_MSP(...)：将主栈指针（MSP）设置为 APP 的栈顶指针（APP 运行需要自己的栈空间）。
JumpToApplication()：通过函数指针调用 APP 入口地址，完成跳转（此后 Bootloader 失去控制权）。
5. main()函数（bootloader主逻辑）
int main(void)
{
// 设置中断向量表的偏移，我们将bootloader放在0x08000000的位置
// 所以中断向量表偏移到0x08000000
SCB->VTOR = 0x08000000 | 0x0;
/* 系统的一些初始化 */
HAL_Init();
SystemClock_Config();
MX_GPIO_Init();
MX_USART1_UART_Init();
/* 系统的一些初始化 */
// 关闭外设
DisablePeripherals();
// 跳转到应用程序复位中断服务函数
JumpToApp();
while (1)
{}
}
执行流程：
① 初始化硬件：包括 HAL 库、系统时钟、GPIO、UART（为调试打印做准备）。
② 配置向量表：SCB->VTOR = 0x8000000指定 Bootloader 自己的中断向量表在0x08000000（Bootloader 运行时用自己的向量表响应中断）。
③ 调用JumpToApp()尝试跳转：若成功，不会返回；若失败（如 APP 无效），则进入死循环。
APP工程1. 选择工程代码烧录区域之前我们在 Bootloader 中定义了 APP 的起始地址：#define APP_FLASH_ADDR 0x8019000（对应 Bootloader 占用0x08000000~0x08018FFF，共 100KB）。
因此，这个 APP 必须被烧写到 Flash 的0x08019000地址开始的区域（需在编译时通过链接脚本配置 APP 的 Flash 起始地址，确保与 Bootloader 的定义一致）。
若烧写地址错误（比如烧到0x08000000），会覆盖 Bootloader 工程烧写在 flash 上的代码，导致整个系统无法启动。
2. main()函数
int main(void)
{
// 设置向量表偏移并使能全局中断
SCB->VTOR = FLASH_BASE | 0x00019000;
__enable_irq();
/* 系统的一些初始化 */
HAL_Init();
SystemClock_Config();
MX_GPIO_Init();
MX_USART1_UART_Init();
/* 系统的一些初始化 */
while (1)
{
printf("hello world! at [%d] tick\r\n", HAL_GetTick());
HAL_Delay(10);
}
}
重点：中断向量表的 “重定向”（即重新设置中断向量表的偏移）
//设置中断向量表偏移，并使能全局中断
SCB->VTOR = FLASH_BASE | 0x19000;
__enable_irq();
这是 APP 代码中最核心的配置，必须结合 Bootloader 和中断向量表的原理理解：
SCB->VTOR：是 Cortex-M 内核中 “中断向量表偏移寄存器”，用于指定当前使用的中断向量表在 Flash 中的起始地址。
FLASH_BASE：STM32 Flash 的基地址（0x08000000）。
0x19000：偏移量，恰好对应 APP 在 Flash 中的起始地址（0x08000000 + 0x19000 = 0x08019000）。
这句代码的作用：告诉 CPU“现在使用 APP 自己的中断向量表（位于0x08019000），而非 Bootloader 的向量表（位于0x08000000）”。
为什么必须配置？Bootloader 运行时，会将SCB->VTOR设置为自己的向量表地址（0x08000000）；当 Bootloader 跳转到 APP 后，若不重新配置SCB->VTOR，CPU 会继续使用 Bootloader 的向量表，导致 APP 的中断（如串口中断、定时器中断）无法正确响应（因为向量表中没有 APP 的中断服务函数地址）。
__enable_irq()：Bootloader 在跳转前调用了__disable_irq()（禁用全局中断），避免跳转过程被中断干扰。因此 APP 启动后，需要重新使能全局中断，确保自己的中断功能正常。
最终效果：
运行完bootloader后跳转到应用程序的复位中断复位函数，开始运行应用程序的工程。
3 常见问题1. 从bootloader跳转到APP需要几步？三步：
取出 app 的地址
设置MSP寄存器的数值为APP地址（初始化APP栈顶指针）
跳转到APP
2. 在bootloader的跳转函数中为什么要设置MSP=app初始栈顶指针？1. 栈的基本作用首先理解栈在ARM Cortex-M中的重要性：
函数调用时的局部变量存储
中断发生时的上下文保存
函数参数传递
返回地址保存
2. 为什么必须重新设置MSP？问题场景：
// Bootloader运行时的栈情况
Bootloader栈空间: 0x20001000 - 0x20001FFF (4KB)
当前栈指针: 0x20001500 (已经使用了一部分)
// 如果直接跳转，不重置MSP：
应用程序期望的栈空间: 0x20002000 - 0x20002FFF (4KB)
但实际栈指针还是: 0x20001500 ← 这会导致严重问题！
具体问题：栈空间重叠污染
Bootloader栈数据会污染应用程序栈空间
应用程序的局部变量可能覆盖Bootloader的栈数据
栈溢出风险
应用程序不知道Bootloader已经使用了多少栈空间
可能很快耗尽剩余的栈空间，导致硬件错误
中断处理问题
中断发生时，上下文会保存在错误的栈位置
可能导致数据损坏或程序崩溃
总结：设置MSP为应用程序的初始栈顶指针是必需的，因为：
栈空间隔离：确保应用程序使用自己独立的栈空间
避免污染：防止Bootloader栈数据影响应用程序
符合架构规范：模拟硬件复位时的标准行为
稳定性保障：避免栈溢出和内存冲突导致的崩溃
这就像给应用程序一个"干净的开始"，确保它在预期的内存环境中正常运行。
3. Bootloader跳转APP时需要注意什么？1. 如果Bootloader里面有freertos，则跳转App之前需要关闭 systick定时器和关中断。在App中需要先反向初始化外设、时钟，然后再初始化外设和时钟，再开启中断。
2. 在跳转APP后应该在app的所有初始化（时钟）之前，先deinit，再init所有外设，像锁相环这种外设，不是你修改一下参数，就能重新整定的，它需要重新回到激励，重新设置参数
打印机脱机状态怎么解除？3步一键修复教程 - 驱动精灵“晖”字是什么意思？正确读音、注音及书写笔顺详解