如何使用AT32F407以太网通信接口实现在应用中编程(IAP)
品慧电子讯在应用中编程(IAP)是一种在现场通过 MCU 通信接口（例如 USART、USB、CAN 和以太网）进行固件升级的方式。无论是IAP代码还是应用程序代码都位于微控制器的内置FLASH中，IAP代码通常存储在MCU FLASH的第一页，而用户应用程序代码则占据剩余的FLASH区域。
工作原理
在应用中编程(IAP)是一种在现场通过 MCU 通信接口（例如 USART、USB、CAN 和以太网）进行固件升级的方式。
启动微控制器时，可以选择让其在以下任一模式运行：
IAP模式，用于执行IAP代码
正常模式，用于执行应用程序代码
无论是IAP代码还是应用程序代码都位于微控制器的内置FLASH中，IAP代码通常存储在MCU FLASH的第一页，而用户应用程序代码则占据剩余的FLASH区域。
图1介绍了IAP操作流程
使用MCU以太网接口实现IAP
如果有以太网可用，则它通常是嵌入式系统中实现IAP功能的首选接口，其优势包含：
高速通信接口(10/100 Mbps)
通过网络(LAN或WAN)进行远程编程
可以使用FTP、TFTP、HTTP等基于TCP/IP栈的标准应用协议实现IAP
通过以太网在AT32F407上实现IAP
本应用笔记将介绍两种使用以太网通信外设在AT32F407上实现IAP的解决方案：
使用TFTP（简单文件传输协议）的IAP
使用HTTP（超文本传输协议）的IAP
这两种解决方案均基于LwIP栈(2.1.2), 它是轻量级的TCP/IP协议栈
使用TFTP实现IAP方法
使用TFTP实现IAP的方法广泛应用于需要具有固件升级功能的嵌入式系统应用中（例如，嵌入式Linux bootloader中）。
TFTP是一种在UDP传输层上执行的简单文件传输协议。此协议非常适合在局域网环境中使用。它基于客户端/服务器架构，在这种架构中，客户端会向服务器发出文件传输请求（读取或写入操作）。为实现IAP，需要在LwIP协议栈上实现一个简单的TFTP服务器，服务器只须处理来自PC的TFTP客户端的写入请求即可。
使用HTTP实现IAP方法
使用HTTP协议进行固件升级没有使用TFTP常见，但是在需要通过Internet进行远程编程时，这种解决方案就显得极为有用。这时，需要使用TCP传输协议来实现HTTP服务。
HTTP基于TCP协议运行，它提供了一个一种以HTML表单形式从Web客户端(Mozilla Firefox或Microsoft Internet Explorer)发送一个二进制文件的方式。这称为HTTP文件上传(RFC1867)。
本文档中的后续章节将详细介绍这两种IAP方法的实现，并会对如何使用软件进行说明。
使用TFTP实现IAP
TFTP概述
TFTP是一种基于UDP的简单文件传输协议。文件传输由TFTP客户端发起，会向TFTP服务器发送读取或写入请求。服务器确认请求后，即开始进行文件数据传输。数据将以固定大小的块尽情发送（例如每块含512个字节）。
必须在每个发出的数据块都得到接收方确认后，才可以发送下一个数据块。这种确认机制通过随各个数据块一同发送的编块号来实现。数据块小于固定块大小表示文件传输的结束。
图2描述了各种TFTP数据包的格式：
图2 TFTP数据包
表1列出了TFTP操作码。
表1 TFTP操作码
使用TFTP为AT32F407实现IAP
此IAP实现由基于LwIP TCP/IP栈的TFTP服务器组成。
此服务器会对远程TFTP客户端(PC)发来的写请求做出响应。
TFTP读请求会被忽略。
TFTP通常会将接收到的文件写入到文件系统，但是该服务器却并非如此，它会将接受到的数据块写入到MCU FLASH（用户FLASH区域中）。
注：在这个实现过程中，数据块大小固定为512个字节。
图3概述了使用TFTP实现IAP操作的过程。
图3 使用TFTP实现IAP流程图
使用软件
要通过TFTP对IAP进行测试，需执行以下步骤：
1. 在iap.h文件中，取消USE_IAP_TFTP选项的注释。
2. 重新编译软件。使用生成的映射文件，确保IAP代码区域之间没有重叠（从地址0x0开始），而且用户FLASH区域从以下地址开始：APP_START_SECTOR_ADDR（在iap.h中定义）。
3. 在AT32 FLASH中编写并运行软件程序。
4. 要进入IAP模式，需要在按住开发版上的USER Key。
5. 分配完IP后（可以是静态或动态地址），用户即可启动IAP流程。
6. 在PC侧，打开TFTP客户端（例如Tftpd64），然后配置TFTP服务器地址（Tftpd64中的主机地址）
7. 单击Tftpd64实用程序中的Put（写入）按钮，启动文件写请求
8. 在IAP操作结束时，可以复位开发板并在AT32 FLASH中运行刚刚编写的应用程序
图4 TFTP64对话框
使用HTTP实现IAP
HTTP文件上传概述
RFC1867中定义了使用HTTP进行文件上传。此文件上传方法是基于HTTP表单。发送原始二进制数据时，要使用HTTP POST方法而不是GET方法。
以下是一个HTML代码示例，用于实现基于表单的文件上传：
图5 文件上传HTML表单的浏览器画面
注：在发送文件数据前，Web客户端会首先发送HTTP头文件数据，其中包含诸如文件名称和内容长度等信息，Web 服务器必须对其中的一些信息进行解析。
Web客户端使用的HTTP头文件格式并不总是相同。图6显示的是Internet Explorer在POST请求中的HTTP头文件格式。图7显示的是Mozilla Firefox的HTTP头文件格式。
HTTP Web服务器必须能够处理这些不同的格式。
图6 IE11 HTTP头文件格式
图7 Mozilla Firefox HTTP头文件格式
使用HTTP在AT32F407上实现IAP
此IAP实现由基于LwIP栈的HTTP Web服务器组成。
在浏览器中输入的AT32的IP地址后，将显示登录Web页面（图8）。此登录Web页面只有已获授权的用户才能使用IAP文件上传功能。
图8 登录web页面
注：1. 默认的User ID（用户ID）为user, Password（密码）为at32
2. 如果User ID（用户ID）或Password（密码）不正确，登录Web页面会重新加载。
登录成功后，浏览并选择要上传到AT32 FLASH的二进制文件
注：确保二进制文件大小不超过AT32用户FLASH区域的总容量。
单击Upload（上传）按钮后（参见图x），将向服务器发出POST请求。这时，服务器开始擦除用户FLASH区域的全部内容，等待接受二进制文件原始数据。然后将街收到的数据写入用户FLASH区域。
注意，要接收的数据总长度信息将从传输开始时发出的HTTP头文件数据中提取。
在IAP操作结束后，Web页面将只是IAP操作成功，同时显示一个可用于复位MCU的按钮。
图9 文件上传完成web页面
图10对使用HTTP实现IAP方法进行了总结
图10 使用HTTP实现IAP的流程图
使用软体
要使用HTTP对IAP进行测试，需执行以下步骤：
1. 在iap.h文件中，取消选项USE_IAP_HTTP的注释。
2. 重新编译软件，使用生成的映射文件，确保IAP区域代码之间没有重叠（从地址0x0开始），而且用户FLASH区域从以下地址开始：APP_START_SECTOR_ADDR（在iap.h中定义）。
3. 在AT32 FLASH中编写并运行软件程序。
4. 要进入IAP模式，需要再按住开发版上的USER Key。
5. 分配完IP地址后（可以是静态或动态地址），用户即可启动IAP流程
6. 打开Web客户端（Mozilla Firefox或Internet Explorer），输入AT32 IP地址
7. 会显示登录Web页面。在User ID（用户ID）字段中输入”user”，在Password（密码）字段中输入”at32”，然后按下Login（登录）按钮。
8. IP操作结束后，将加载新的Web页面，只是文件上传操作已经成功完成。
9. 可以按下Reset MCU（复位MCU）按钮复位MCU，然后在AT32 FLASH中运行刚刚编写的应用程序。
注：使用以下Web客户端对软件进行测试：Microsoft Internet Explorer 11和Mozilla Firefox 80.0
已知限制
二进制文件中添加的额外字节
Internet浏览器（Microsoft Internet Explorere或Mozilla Firefox）会在上传的二进制文件的末尾添加一个随机边界标记（根据RFC1521规定，此标记不得超过72个字节）。在最新的IAP软件版本中，并没有删除此边界标记，而是在空间足够的情况下将其存储在FLASH中。如果没有足够空间，则不会在FLASH中写入额外字节，也不会返回错误。
环境
硬件配置
1. DM9162以太网模块
2. AT-START-F407开发板
3. 以太网线
软件源码
utilities\at32f407_emac_iap_demo\source_code\bootloader, emac iap源程序，运行iap升级程序
MAC地址和IP地址设置
在netconf.h文件中对MAC地址进行了定义。
默认的MAC地址固定为：00:00:44:45:56:01。
在netconf.h文件中对IP地址进行了定义。
IP地址可以设置为静态地址，也可以设置为由DHCP服务器分配的动态地址。默认的静态地址为：192.168.81.37。
可以通过在lwipopts.h文件中使能LWIP_DHCP来选择DHCP模式。
软件文件组成
表2 介绍了项目源文件
注：表格中没有列出标准固件库和LwIP栈中所使用的文件。
构建IAP映像
为了构建IAP映像（将会使用IAP软件加载），应确保以下几点：
1. 编译/链接的软件必须从用户FLASH区域的起始地址开始运行（此地址应与iap.h的
APP_START_SECTOR_ADDR 中所定义的地址相同）。
2. 将向量表的起始地址配置为用户FLASH区域的起始地址：
A. 在应用程序代码中，使用misc.h/.c驱动程序的NVIC_SetVectorTable函数来重新定位应用程序加载地址的向量表。
例如，将向量表基本位置设置为0x08010000：
NVIC_SetVectorTable(NVIC_VectTab_FLASH, 0x10000);
B. 通过修改system_at32f4xx.c文件中定义的VECT_TAB_OFFSET常量的值。
例如，将向量表基本位置设置为0x08010000：
#define VECT_TAB_OFFSET 0x10000
3. 编译后的软件大小不超过用户FLASH区域的总容量。
（来源：AT32 MCU 雅特力科技）
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