📚 课程目录第1章构建最小Bootloader框架

1. 构建最小Bootloader框架

任务说明

本案例实现一个最小可用的STM32 Bootloader，核心功能是：上电后检查应用程序区首字是否为合法栈顶地址，若合法则跳转到应用程序执行。通过一个LED闪烁程序作为应用程序，验证跳转是否成功。

环境与依赖

硬件：STM32F103C8T6（Blue Pill）开发板，板载LED（PC13）
软件：STM32CubeIDE 或 Keil MDK-ARM（本文以STM32CubeIDE为例）
所需库：STM32CubeF1固件包（HAL库）

实现原理

Bootloader与应用程序分别编译，链接到不同的Flash地址。Bootloader位于0x08000000，应用程序位于0x08008000（偏移32KB）。跳转前需完成：

检查应用程序首字（栈顶地址）是否在RAM范围内（0x20000000~0x20010000）
关闭全局中断
设置主栈指针（MSP）为应用程序的栈顶地址
获取应用程序复位向量并跳转执行

关键完整代码

Bootloader主程序（main.c核心部分）

/* 应用程序起始地址：Flash偏移32KB */
#define APP_ADDRESS  0x08008000U

/* 跳转函数 */
typedef void (*pFunction)(void);

void JumpToApp(void)
{
    uint32_t app_stack_addr;
    pFunction app_reset_handler;
    
    /* 1. 检查应用程序首字是否为合法栈顶地址（RAM范围） */
    app_stack_addr = *(volatile uint32_t *)APP_ADDRESS;
    if ((app_stack_addr & 0x2FFE0000) != 0x20000000)
    {
        /* 栈顶地址非法，停留在Bootloader */
        while (1)
        {
            /* 可在此处添加错误指示，如LED快闪 */
        }
    }
    
    /* 2. 关闭全局中断 */
    __disable_irq();
    
    /* 3. 设置主栈指针 */
    __set_MSP(app_stack_addr);
    
    /* 4. 获取复位向量并跳转 */
    app_reset_handler = (pFunction)(*(volatile uint32_t *)(APP_ADDRESS + 4));
    app_reset_handler();
}

int main(void)
{
    HAL_Init();
    SystemClock_Config();
    
    /* 简单延时后跳转（便于调试观察） */
    HAL_Delay(100);
    JumpToApp();
    
    /* 正常情况下不会执行到这里 */
    while (1)
    {
    }
}

应用程序链接脚本修改（STM32F103C8Tx_FLASH.ld）

/* 修改Flash起始地址和长度 */
FLASH (rx) : ORIGIN = 0x08008000, LENGTH = 96K
/* 原为 ORIGIN = 0x08000000, LENGTH = 128K */

应用程序向量表重定位（system_stm32f1xx.c中修改）

/* 在SystemInit函数末尾添加 */
#define VECT_TAB_OFFSET  0x8000U  /* 偏移32KB */
SCB->VTOR = FLASH_BASE | VECT_TAB_OFFSET;

编译与烧录步骤

编译Bootloader工程：使用默认链接脚本（起始地址0x08000000），编译生成Bootloader.hex
编译应用程序工程：修改链接脚本起始地址为0x08008000，添加向量表重定位代码，编译生成App.hex
烧录Bootloader：使用ST-Link或串口ISP将Bootloader.hex烧录到0x08000000
烧录应用程序：使用ST-Link将App.hex烧录到0x08008000（注意烧录地址需与链接脚本一致）

验证方法

应用程序代码中让PC13引脚上的LED以1Hz频率闪烁。完成烧录后复位开发板，观察现象：

通过标准：复位后约100ms，LED开始以1Hz频率闪烁，说明Bootloader成功跳转到应用程序
失败表现：LED不闪烁或保持常亮/常灭，说明跳转失败，可能原因包括：应用程序地址配置错误、向量表未重定位、栈顶地址校验失败

常见问题

跳转后程序跑飞：检查应用程序是否已重定位向量表（SCB->VTOR），以及链接脚本起始地址是否与烧录地址一致
栈顶地址校验失败：确认应用程序确实烧录在0x08008000，且该地址首字为有效的RAM地址（0x20000000~0x20010000范围内）
跳转后中断不工作：跳转前需确保已关闭全局中断，跳转后应用程序的SystemInit会重新配置系统时钟和中断