3. 存储器与分区基础

双分区 Bootloader 的可靠性，首先取决于对 MCU 存储器物理特性的准确理解。Flash 与 RAM 在读写粒度、擦除寿命、访问速度上差异巨大，而分区布局、链接脚本、向量表重定位又必须与这些物理约束严格对齐。本节从存储器特性出发，逐步推导到双分区布局的设计原则。

一、Flash 与 RAM 的核心特性对比

Flash 属于非易失存储器，断电后数据保留，适合存放 Bootloader、应用程序和标定参数。它的关键约束是：写入只能把位从 1 变为 0，擦除才能把位恢复为 1，因此写前必须擦除，且擦除以扇区为单位。RAM 属于易失存储器，可任意字节读写，速度快，但断电丢失，适合存放运行时变量、栈、堆和临时缓冲区。

工程上必须牢记：Flash 擦除次数有限，升级过程中若频繁擦写同一扇区，会加速磨损。因此双分区设计要尽量让 A/B 分区轮流承担升级写入，避免单区被反复擦写。

二、扇区结构与地址映射

不同 MCU 的 Flash 扇区大小并不均匀。以常见 ARM Cortex-M 为例，低地址区往往是小扇区（如 16KB），高地址区是大扇区（如 64KB/128KB）。Bootloader 通常放在起始小扇区，App 放在后续大扇区。地址映射关系必须在链接脚本和分区表中同时体现，否则会出现“代码链接地址与实际烧录地址不一致”的致命错误。

/* 典型 Flash 扇区分布（示意） */
Sector 0 : 0x0800_0000 - 0x0800_3FFF   16 KB   Bootloader
Sector 1 : 0x0800_4000 - 0x0800_7FFF   16 KB   Bootloader 备份/参数
Sector 2 : 0x0800_8000 - 0x0800_BFFF   16 KB   Slot A 头部
Sector 3 : 0x0800_C000 - 0x0801_FFFF   80 KB   Slot A 主体
Sector 4 : 0x0802_0000 - 0x0803_FFFF  128 KB   Slot B 主体
Sector 5 : 0x0804_0000 - 0x0804_0FFF    4 KB   升级标志/元数据

地址映射的本质是：链接地址 = 运行地址 = 烧录地址。对于需要重定位的 App，链接脚本中的 ORIGIN 必须等于该分区在 Flash 中的实际起始地址。若 App 需要复制到 RAM 运行，则还要区分 LMA（加载地址）与 VMA（运行地址）。

三、链接脚本与向量表重定位

链接脚本决定各段（.text、.data、.bss）的放置位置。双分区场景下，Slot A 与 Slot B 通常使用两份链接脚本，或通过宏切换基地址。向量表重定位则是 App 跳转后的第一要务：Cortex-M 的向量表默认位于 0x0000_0000 或 0x0800_0000，App 运行前必须把 SCB->VTOR 设置为自身向量表基地址。

/* App 启动时重定位向量表 */
#define APP_BASE   0x08008000UL
#define APP_VTOR   (APP_BASE + 0x0000UL)

void app_relocate_vector(void)
{
    SCB->VTOR = APP_VTOR;   /* 指向 App 向量表 */
    __DSB();
    __ISB();
}

四、双分区布局设计原则

双分区布局不是简单地把 Flash 一分为二，而要综合考虑升级原子性、回滚能力、元数据独立性和扇区对齐。推荐遵循以下原则：

• Bootloader 独立且受保护：放在起始扇区，升级过程中绝不擦除，必要时保留备份区。
• A/B 分区等大或按需分配：若 App 体积接近，等大最简；若差异大，可按最大版本预留，避免升级失败。
• 元数据单独扇区：升级标志、版本号、CRC、有效标志放在独立扇区，避免与 App 擦除冲突。
• 扇区边界对齐：每个分区起始地址必须是扇区起始地址，否则擦除会误伤相邻分区。
• 预留 RAM 共享区：Bootloader 与 App 通过固定 RAM 地址传递升级请求、跳转参数。

五、典型场景与复盘

某项目将 App 链接到 0x0800_8000，但分区表中 Slot A 实际从 0x0800_C000 开始，导致烧录后程序跑飞。复盘发现：链接脚本与分区表由不同工程师维护，缺少统一地址定义头文件。改进方案是建立唯一的 partition.h，链接脚本通过 INCLUDE 或预处理宏引用同一组地址，从源头消除不一致。

另一个常见问题是升级时擦除了元数据扇区，导致升级标志丢失、Bootloader 无法判断该跳转哪个分区。正确做法是把元数据放在独立扇区，并在擦除 App 前先读取并缓存元数据，写入完成后再更新。

综上，存储器与分区基础是双分区 Bootloader 的地基。只有把 Flash/RAM 特性、扇区结构、地址映射、链接脚本、向量表重定位和布局原则统一到同一套地址定义中，后续的升级流程与恢复机制才有可靠的物理支撑。