在嵌入式開發中，遠程固件升級（OTA, Over-The-Air）技術早已成為產品迭代和維護的關鍵能力。尤其是在 STM32 系列微控制器廣泛應用的今天，構建一個穩定、通用、安全的 OTA 升級系統，是每個工程師都繞不過去的一關。

本項目基于開源 OTA 工程，完整實現了以下內容：

• Bootloader 啟動邏輯及升級流程

• 固件打包機制（含安全校驗）

• 上位機串口升級工具（YModem 協議）

• SPI/QSPI Flash 分區管理

• 多種異常處理機制：斷電保護、CRC 校驗失敗、回滾機制等

本文重點介紹該系統的升級流程細節、Bootloader 模塊結構與關鍵代碼，以及如何使用配套打包和升級工具，實現一站式 OTA。

一、升級流程詳解：Bootloader 主導 OTA 的全流程

1. 流程概述

STM32 OTA 的標準流程如下圖所示：

整個流程設計注重魯棒性與安全性，例如：

• 使用 Magic Code 校驗包頭，防止誤識別

• 加入 CRC32 校驗，確保固件傳輸完整性

• 支持中斷恢復和自動回滾機制

• Bootloader 和 APP 分區獨立，互不干擾

2. 進入升級模式的判定方式包括：

• 指定 Flash 中某個標志位

• 外部引腳（如按鍵）觸發

• 上電后延時判斷是否接收到上位機固件包頭

• 上次升級失敗自動回滾（故障回溯）

固件檢測與處理機制

這種靈活的判斷機制確保了在各種場景下都能正常觸發升級，提升用戶體驗與維護效率。

二、Bootloader 結構設計與關鍵模塊源碼說明

 Bootloader 架構分層

整個 Bootloader 系統按以下模塊劃分：

 關鍵代碼片段展示

啟動判斷邏輯：

void boot_entry(void) {    if (check_upgrade_flag() || button_pressed()) {
        enter_upgrade_mode();
    } else {
        jump_to_app();
    }
}

校驗固件包頭：

bool verify_firmware_header(firmware_header_t *hdr) {    if (hdr->magic != 0xDEADBEEF) return false;    if (!check_crc32(hdr)) return false;    return true;
}

跳轉到 APP：

void jump_to_app(void) {    uint32_t app_addr = APP_START_ADDR;
    __disable_irq();
    __set_MSP(*(uint32_t*)app_addr);
    ((void (*)())(*(uint32_t*)(app_addr + 4)))();
}

通過上述模塊組合，可以保證 Bootloader 精簡、高效，并具備 OTA 所需的所有關鍵能力。

三、配套工具使用指南：打包器 & 固件上傳助手

為實現無縫的 OTA 流程，我們提供了兩套實用工具，支持命令行或 GUI 使用：

 1. 固件打包工具（Firmware_Packager）

該工具將普通 .bin 固件封裝為 .fpk 固件包，自動生成校驗字段，支持版本號管理。

打包命令示例：

Firmware_Packager.exe -i app.bin -o upgrade.fpk -v 1.0.3

固件包頭結構（16 字節）：

支持多種擴展字段，如水印、簽名、時間戳等。

 2. 固件上傳工具（Firmware_Uploader）

通過串口（支持 USB 轉串口）將 .fpk 固件上傳至設備，采用 YModem-1K 協議，兼容性強、效率高。

上傳命令示例：

Firmware_Uploader.exe -p COM4 -b 115200 -f upgrade.fpk

? 支持特性包括：

• 自動識別 Bootloader 是否響應

• 固件校驗一致性提示

• 斷點續傳機制（可選）

• 支持串口速率 115200 / 230400 / 460800

 總結：STM32 OTA 升級不再難，實現只需三步！

本套 OTA 方案已實際運行于多個商業項目，具有以下優點：

•  結構清晰：Boot 與 APP 完全解耦，穩定性強

•  安全可靠：支持 CRC 校驗、水印校驗、固件頭驗證

•  可擴展性強：支持 SPI/QSPI Flash，支持加密擴展

• ? 工具齊全：打包、傳輸一站式完成，極大提升效率

開源網址：mOTA: 一款專為32位MCU開發的OTA組件