1. 课程导论与开发环境搭建
各位同学好，欢迎来到这门实战课。我是你们的讲师，一个在嵌入式领域摸爬滚打了十几年的老工程师。
咱们这门课，讲的是 Bootloader IAP 编程与固件升级。说白了，就是怎么让你的单片机产品在出厂之后，还能通过串口、USB 或者网络来更新程序。这可不是什么花哨的功能，而是工业级产品的标配。我当年做第一个量产项目时，就因为没设计升级功能，产品发出去后发现有 bug，结果只能一家一家去现场拆机烧录……那滋味，真不好受。
所以，从这节课开始，我会把 IAP 的原理、双区备份的策略、串口烧录的协议，一步步带着你实现出来。咱们不玩虚的，直接上代码、上电路。
1.1 什么是 Bootloader？
Bootloader，就是芯片上电后第一个运行的程序。它的任务很简单：决定接下来跑哪个应用程序。
你可以把它想象成电脑的 BIOS。BIOS 先检查硬盘，然后引导操作系统。单片机的 Bootloader 也一样，它检查串口有没有升级指令，如果有，就接收新固件并写入 Flash；如果没有，就直接跳转到用户程序。
1.2 IAP 原理：在运行中升级
IAP（In-Application Programming）是 Bootloader 的灵魂。它允许应用程序在运行时，通过某种通信接口（串口、SPI、CAN 等）接收数据，然后调用芯片内部的 Flash 擦写函数，把数据写入指定的 Flash 区域。
为什么会需要 IAP？因为传统的 ISP（In-System Programming）需要硬件工具（如 J-Link、ST-Link）才能烧录。而 IAP 只需要一根串口线，甚至可以通过无线模块远程升级。你想想看，产品已经卖到客户手里了，总不能让人家拆机接烧录器吧？
IAP 的流程大致是这样的：
- Bootloader 启动，检查升级标志或串口指令。
- 如果有升级请求，Bootloader 擦除用户程序区。
- 通过串口接收固件数据包，逐页写入 Flash。
- 校验完成后，跳转到用户程序入口。
- 如果没有升级请求，直接跳转。
1.3 双区备份策略：给自己留条后路
升级最怕什么？怕写到一半断电，或者数据传错了。结果就是——芯片变砖。
双区备份就是为了解决这个问题。我们把 Flash 分成三个区域：
- Bootloader 区：固定不变，负责启动和升级。
- App A 区：当前运行的程序。
- App B 区：备份区，存放上一次稳定的固件。
升级时，新固件写入 App B 区。写入完成后，校验通过，才把 App B 标记为有效，下次启动从 B 区运行。如果升级失败，Bootloader 检测到校验错误，自动回滚到 App A 区。这样，就算升级过程中断电，设备也能正常启动。
下面这张图展示了双区备份的 Flash 布局和升级流程：
1.4 开发板选型与资料准备
本课程选用 STM32F103C8T6 作为主控芯片。为什么选它？因为它是市面上最普及的 Cortex-M3 芯片，资料多、价格便宜、Flash 容量适中（64KB），非常适合做 IAP 教学。
你需要准备以下硬件和软件：
| 类别 | 项目 | 说明 |
|---|---|---|
| 硬件 | STM32F103 最小系统板 | 淘宝 10 元左右，带 USB 转串口 |
| 硬件 | USB 转 TTL 模块 | CH340G 或 CP2102，用于串口通信 |
| 硬件 | 杜邦线 + 面包板 | 连接调试用 |
| 软件 | Keil MDK 或 IAR EWARM | 二选一，本课程以 Keil 为例 |
| 软件 | STM32CubeMX | 生成初始化代码 |
| 软件 | 串口调试助手 | 推荐 SSCOM 或 MobaXterm |
| 软件 | ST-Link Utility 或 J-Flash | 用于首次烧录 Bootloader |
1.5 Keil / IAR 环境配置
我个人习惯用 Keil，因为它的调试器集成度高，工程管理也顺手。但 IAR 的编译器优化更好，适合对代码体积有要求的项目。这里我以 Keil 为例，带你走一遍配置流程。
1.5.1 安装与激活
去 Keil 官网下载 MDK-ARM 最新版，安装后使用注册机激活。注意，Keil 的 License 是绑定电脑的，换了电脑需要重新激活。
1.5.2 新建工程
- 打开 Keil，点击 Project → New μVision Project。
- 选择芯片型号：STM32F103C8。
- 在弹出的 Manage Run-Time Environment 中，勾选 CMSIS → CORE 和 Device → Startup。
- 点击 OK，工程就建好了。
1.5.3 配置 Flash 下载算法
这一步很关键。因为 Bootloader 和用户程序分别占用不同的 Flash 区域，我们需要告诉烧录器不要覆盖 Bootloader。
- 点击 Project → Options for Target（或快捷键 Alt+F7）。
- 切换到 Target 标签页，设置 IROM1 的起始地址和大小。比如用户程序从 0x08010000 开始，大小 0x30000。
- 切换到 Utilities 标签页，点击 Settings，在 Flash Download 中勾选 Erase Full Chip 或 Erase Sectors。建议选 Erase Sectors，只擦除用户程序区。
1.5.4 生成 .hex 文件
在 Output 标签页，勾选 Create HEX File。这样编译后会自动生成 .hex 文件，方便串口烧录。
1.6 串口调试助手使用
串口调试助手是 IAP 调试的必备工具。它负责把 PC 上的固件文件通过串口发送给 Bootloader。
我推荐使用 SSCOM，因为它支持：
- 自定义波特率（我们常用 115200 或 921600）
- 文件发送（直接选择 .bin 或 .hex 文件）
- HEX 显示和发送
- 自动发送（用于测试）
基本设置步骤：
- 打开 SSCOM，选择正确的 COM 口（在设备管理器中查看）。
- 设置波特率 115200，数据位 8，停止位 1，无校验。
- 点击 打开串口。
- 在 Bootloader 启动后，串口会打印提示信息，比如 "Waiting for firmware..."。
- 点击 发送文件，选择编译好的 .bin 文件，点击发送。