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BlueNRG系列存储分析(Flash and RAM)——工程师原创应用笔记
发布时间:2020-09-16 阅读量:613 来源:我爱方案网 作者:LucienKuang

static stack BLE_OTA_ResetManager and app编者按】一些使用BlueNRG系列芯片的用户希望预留部分Flash出来给特定的应用存放应用数据或者存放自己特定的应用程序,而又不知道如何修改程序或者配置。错误的配置可能让程序无法运行起来,或者产生一些莫名其妙的错误。本文从各个方便介绍BlueNRG系列的存储相关的基本概念和应用,只有理解了BlueNRG系列Flash和RAM相关的分布和OTA的方式,更改代码或者配置才能得心应手。

温馨提示: 请使用最新版本的SDK进行开发


linker中宏定义作用范围

linker中宏定义可以定义一些宏,直接作用于链接脚本文件,需要注意的是,linker中宏定义并作用于.c文件或者.h文件,只作用于链接文件(.icf 或者.sct 或者 *.ld)。

 

官方默认提供的OTA的方式

官方默认提供了两类OTA的方式,加上由于本身协议栈又可以固定在固定的位置(static stack),组合起来可以有4种。

OTA的详细描述可以参考文档: AN4869_ The BlueNRG-1, BlueNRG-2 BLE OTA (over-the-air) firmware upgrade.pdf


下面只介绍大致的类别。


A. 升级服务存在于应用端 BLE_OTA_ResetManager + Lower Application (with BLE OTA service) or BLE_OTA_ResetManager + Higher Application (with BLE OTA service)

BLE_OTA_ResetManager and app

 BLE_OTA_ResetManager and app.png

此方法reset manager 代码可以比较小,2KB,OTA服务存在于应用程序中,应用程序可以备份,两个应用程序都包含协议栈。如果使用静态协议栈,则对应的Flash分布如下图(下图片是基于BlueNRG-LP的,如果是BlueNRG-1/2, Flash空间大小会不一样,协议栈大小也不一样,但这里主要描述基本框架,请忽略实际标记的Flash大小)

 

static stack BLE_OTA_ResetManager and app.png


B. 升级服务存在于boot端, BLE_OTA_ServiceManager + application

BLE_OTA_ServiceManager and app

 BLE_OTA_ServiceManager and app.png这种方式BLE_OTA_ServiceManager和application中都包含协议栈,OTA升级服务存在于boot程序BLE_OTA_ServiceManager中。

如果使用使用静态协议栈,则Flash的分布是这样的:

Static stack BLE_OTA_ServiceManager and app

Static stack BLE_OTA_ServiceManager and app.png 


这种方式协议栈固定在Flash的开始处,Boot中带OTA服务,应用可以使用的空间比较大,上述图片是基于BlueNRG-LP的,如果是BlueNRG-1/2, Flash空间大小会不一样,协议栈占比也不一样(这里侧重描述Flash分布框架,请忽略实际标记的Flash大小)。


链接脚本文件分析:

链接脚本文件对于不同的编译工具,是不一样的。

Keil --> *.sct

IAR --> *.icf

True studio --> *.ld

下面分析BlueNRG-1/2的最新SDK中IAR平台Chat工程目录下BlueNRG2.icf文件,其他平台一样,可以进行类比。

分析前,我先介绍一个特点,由于Flash的擦除必须是整页操作的,写Flash之前必须将对应的页擦除,所以Flash的划分需要2K对齐。就算只使用到0.9KB,也需要划分2KB区域。


RAM 相关的分析

BlueNRG-1/2和BlueNRG-LP系列内存基地址都是0x2000 0000, RAM相关的宏设置比较简单,只有一个相关的宏定义MEMORY_RAM_APP_OFFSET,如果没有定义,则默认为0x00。如果使用静态协议栈方式(固定协议栈)则需要定义此宏,将协议栈使用的内存和应用程序使用的内存区分开来。

举个例子:

SDK默认工程 BLE_Static_Stack + BLE_SensorDemo_Static_Stack 就是将协议栈使用的内存放在内存的低地址区域,将应用程序使用的内存放在高地址,即 BLE_Static_Stack 不定义偏移,使用从0地址开始,BLE_SensorDemo_Static_Stack 工程定义MEMORY_RAM_APP_OFFSET=0xyyy  ,其中0xyyy  可以设定为BLE_Static_Stack中使用内存变量的最后一个变量所在的地址,再加上最后一个变量所占的字节数。不同的编译器(IAR, keil,studio)所编译的协议栈占用的内存其实是略微有点点差别。

 比方说在BlueNRG-1/2 SDK中 BLE_Static_Stack工程中Keil工具编译到的map文件如下图:


BLE_Static_Stack_map.png


那么在BLE_SensorDemo_Static_Stack工程中应该设定MEMORY_RAM_APP_OFFSET为: >= 0x2000042C - 0x20000000 + 0x34 = 0x460BLE_Static_Stack_map

BLE_SensorDemo_Static_Stack_error_set.png  


这里官方这个工程Keil版本是自动生成的,和IAR的一致,需要用户手工调整一下。


Flash 相关的分析

公共的宏:

MEMORY_FLASH_APP_SIZE: 定义限制程序使用Flash的大小,这里不一定是只指应用程序Flash大小的限制,里面的APP字符容易让用户误会为应用程序,举个例子,如果使用BLE_OTA_ServiceManager工程时,在linker中定义MEMORY_FLASH_APP_SIZE = 0x3000, 则表明BLE_OTA_ServiceManager的大小不能超过0x3000 字节 = 12*1024 字节. 这里BLE_OTA_ServiceManager虽然作为boot程序,但宏定义MEMORY_FLASH_APP_SIZE也是限制本身这个工程编译的程序空间大小不能超过这个范围。

普通不带OTA服务的工程默认大小是: Flash size(256KB or 160KB) - NVM size(4KB)    // 160KB是当使用BlueNRG-1时,256KB 是使用BlueNRG-2 or BlueNRG-LP


MEMORY_FLASH_APP_OFFSET: 定义程序编译链接地址的偏移,这里也是不一定是只指应用程序的偏移,同样其他boot工程和其他工程也是同样作为工程链接地址的偏移。


基本概念

hex文件带地址信息,bin文件不带地址信息。

BlueNRG系列MCU,程序地址在编译时是强绑定的,比方说编译的程序地址是从0x10050000,直接直接下载该程序的bin文件到0x10040000是无法运行起来的。

不同编译平台,对应的linker设置位置不同

Keil  ----->   Option for target 'xxxx' ---> Linker-----> Misc controls

IAR ----->  Options ---> Linker ---> Configuration file symbol definitaions

True studio ---> xxxx---> xxxxx  // 此处我暂时也没有找到对应的地方

 

 

A类OTA(升级服务存在于应用端)Flash分布


A类.png

ST_OTA_HIGHER_APPLICATION:  Flash高地址部分的应用(上图Higher app ),当使能这个宏,编译应用程序到Flash的高地址,此方式支持OTA备份。

ST_OTA_LOWER_APPLICATION:   Flash低地址部分的应用(上图 Lower app ),当使能这个宏,编译应用程序到Flash的低地址,此方式支持OTA备份。

RESET_MANAGER_SIZE:  影响MEMORY_FLASH_APP_SIZE 和MEMORY_FLASH_APP_OFFSET的数值。如果使用A类静态协议栈方式OTA,这个数值一般在应用程序的linker处重新定义(协议栈和这部分融合在一块了)。

 

B类OTA(升级服务存在于应用端)Flash分布


B类.png

ST_USE_OTA_SERVICE_MANAGER_APPLICATION: 如果定义了此宏,使用上述方式B(升级服务存在于boot端, BLE_OTA_ServiceManager + application)内存方式

SERVICE_MANAGER_SIZE:  影响MEMORY_FLASH_APP_SIZE 和MEMORY_FLASH_APP_OFFSET的数值。如果使用B类静态协议栈方式OTA,这个数值一般在应用程序端的linker处需重新定义。


C类非OTA类程序Flash分布

 

c类.png

 

 

对于BlueNRG SDK系列程序,没有定义宏ST_USE_OTA_SERVICE_MANAGER_APPLICATION,ST_OTA_HIGHER_APPLICATION或者ST_OTA_LOWER_APPLICATION的程序,其实都会归属于C类非OTA类程序。


A B C 类Flash分布本质上只是计算MEMORY_FLASH_APP_OFFSET和MEMORY_FLASH_APP_SIZE的方式不同而已,如果应用需要,也可以改动这个链接脚本文件。


调试技巧

有时工程设置不对,程序没有跑起来,用户不知道如何排查错误,可以通过查看hex文件的内容来检查程序是否设置正确。

用stm32 flash utility 可以直接打开查看hex文件内容。


stm32_stlink_utility.pngstm32_stlink_utility

 

用UE或者notepad++ 也可以以二进制形式打开,此方式需要对HEX格式比较了解。

ue

ue.png 


小结:

首先,你需要确定你应用程序采用哪种OTA方式,A类还是B类还是C类;然后,需要考虑的是是否使用静态协议栈,使用静态协议栈的方式能够比较大力的节省Flash空间。从而,就可以确定程序采用的是哪种Flash分布,确定Flash分布后,更改相关的配置后,编译生成hex文件,检查对应的地址是否是正确的运行地址。


作者:LucienKUANG, 多年BLE 和Mesh相关开发和支持经验,先后开发过,空气波压力治疗仪系统,共享单车锁,自拍杆,点读笔电子价签系统等等嵌入式软件产品的嵌入式软件开发。支持过ST,Dialog等大厂BLE相关产品的开发。在我爱方案网的个人店铺为“路恩”,有类似的项目开发需求者欢迎联系。

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