📚 课程目录第2章实现CRC校验的固件完整性检查

2. 实现CRC校验的固件完整性检查

任务目标

在Bootloader跳转到应用程序之前，对Flash中的固件执行CRC32校验，与固件头部存储的参考值比对，防止篡改或损坏的固件被执行。

实现方案

固件镜像布局约定为：前4字节存放该固件自身的CRC32值，从偏移0x04开始是实际代码区。Bootloader启动后读取头部CRC值，对偏移0x04至固件末尾（由链接脚本或固定长度决定）重新计算CRC，两者相等则跳转，否则进入错误处理。

关键完整代码（STM32 HAL库）

// crc_bootloader.c
#include "stm32f1xx_hal.h"

#define APP_BASE_ADDR   0x08008000UL   // 应用程序起始地址
#define APP_MAX_SIZE    0x10000UL      // 固件最大64KB（含4字节CRC头）
#define CRC_SEED        0xFFFFFFFFUL

// 软件CRC32（IEEE 802.3，多项式0xEDB88320）
uint32_t sw_crc32(uint32_t crc, const uint8_t *data, uint32_t len)
{
    for (uint32_t i = 0; i < len; i++) {
        crc ^= data[i];
        for (int bit = 0; bit < 8; bit++) {
            crc = (crc >> 1) ^ (0xEDB88320UL & -(crc & 1));
        }
    }
    return crc;
}

// 从Flash读取固件并校验
uint8_t verify_firmware(void)
{
    uint32_t *app_addr = (uint32_t *)APP_BASE_ADDR;
    uint32_t stored_crc = *app_addr;                    // 头部存储的CRC
    uint32_t calc_crc = CRC_SEED;

    // 对偏移0x04到固件末尾（此处用固定最大长度）计算CRC
    calc_crc = sw_crc32(calc_crc,
                        (uint8_t *)(APP_BASE_ADDR + 4),
                        APP_MAX_SIZE - 4);
    calc_crc ^= CRC_SEED;                               // 最终异或

    return (calc_crc == stored_crc) ? 1 : 0;
}

// 跳转到应用程序
void jump_to_app(void)
{
    uint32_t app_sp = *(volatile uint32_t *)APP_BASE_ADDR;
    void (*app_reset)(void) = (void (*)(void))(
        *(volatile uint32_t *)(APP_BASE_ADDR + 4));

    __disable_irq();
    HAL_RCC_DeInit();
    SysTick->CTRL = 0; SysTick->LOAD = 0; SysTick->VAL = 0;
    __set_MSP(app_sp);
    app_reset();
}

// 主流程
void bootloader_main(void)
{
    if (verify_firmware()) {
        jump_to_app();
    } else {
        // 校验失败：可在此进入固件升级模式或错误指示
        while (1) { /* 错误处理：LED闪烁等 */ }
    }
}

固件生成端配套工具（PC端）

# gen_crc.py —— 为固件bin文件添加CRC头
import struct, zlib, sys

def add_crc_header(input_bin, output_bin):
    with open(input_bin, 'rb') as f:
        fw = f.read()
    # 计算固件代码区CRC（不含头部4字节）
    crc = zlib.crc32(fw) & 0xFFFFFFFF
    with open(output_bin, 'wb') as f:
        f.write(struct.pack('<I', crc))   # 小端写入CRC
        f.write(fw)

if __name__ == '__main__':
    add_crc_header(sys.argv[1], sys.argv[2])

运行与验证

生成带CRC头的固件：编译应用程序得到app.bin，执行python gen_crc.py app.bin app_with_crc.bin，将app_with_crc.bin烧录到0x08008000。
烧录Bootloader：将上述Bootloader代码编译后烧录到0x08000000（需在链接脚本中设置起始地址）。
正常路径验证：复位后观察程序是否跳转执行应用（如LED闪烁或串口打印）。若跳转，说明CRC匹配。
篡改检测验证：使用烧录器将app_with_crc.bin中任意一个字节（偏移≥4）修改后重新烧录，复位后应停留在错误处理循环（如LED常亮），不进入应用。

通过标准：正常固件能跳转；篡改一个字节后不能跳转，且错误处理被触发。

关键说明

本例使用软件CRC32，避免依赖硬件CRC外设，便于移植；若MCU自带CRC单元可替换为硬件计算。
APP_MAX_SIZE需与实际固件规划一致，实际项目中可在固件头增加长度字段替代固定值。
跳转前必须复位时钟和中断，否则应用可能异常。