STM32H7 双 Bank 模式下利用 Flash 擦写中断实现 Bootloader 无缝跳转
1. 为什么需要双 Bank 与无缝跳转？
在嵌入式固件升级场景中，传统 Bootloader 通常将 App 写入固定地址，升级时需擦除整个 App 区，导致系统停机。STM32H7 系列（如 H743/H750）支持双 Bank Flash（Bank1 和 Bank2，各 1MB），允许在运行一个 Bank 的同时擦写另一个 Bank，实现“边运行边升级”。但跳转时若处理不当，中断向量表错乱或 Flash 操作未完成，会导致系统崩溃。本文基于 Flash 擦写中断（EOP）确保擦写完成后安全跳转，实现无缝切换。
2. 双 Bank 模式与 Flash 擦写中断原理
2.1 双 Bank 模式
- STM32H7 Flash 分为 Bank1（地址 0x08000000）和 Bank2（地址 0x08100000），每个 Bank 独立擦写。
- 通过选项字节（Option Bytes）配置
DBANK位，可切换为单 Bank 或双 Bank 模式。默认双 Bank。 - 当运行在 Bank1 时，可对 Bank2 进行擦写操作，反之亦然，但需注意 Flash 控制器（FLASH）的忙状态。
2.2 Flash 擦写中断（EOP）
- Flash 操作（编程/擦除）完成后，硬件置位 EOP 标志（FLASH_SR_EOP），若使能中断（FLASH_CR_EOPIE），则触发中断。
- 在中断服务函数中可清除标志，并设置标志位通知主程序操作完成，避免轮询阻塞 CPU。
2.3 无缝跳转的关键
- 跳转前需重定位中断向量表（VTOR）到新 App 的起始地址，否则中断服务函数无法正确响应。
- 确保 Flash 擦写操作完全结束（通过 EOP 中断确认），再执行跳转，防止数据损坏。
3. 系统架构与配置步骤
3.1 内存布局
- Bootloader 位于 Bank1 起始地址（0x08000000），大小 32KB。
- App1 位于 Bank1 偏移 0x8000（0x08008000），App2 位于 Bank2（0x08100000）。
- 本文示例：Bootloader 从 Bank1 启动，升级时擦写 Bank2，完成后跳转到 Bank2 的 App。
3.2 配置步骤
-
使能 Flash 中断：在
FLASH_CR中设置EOPIE位。 - 编写 EOP 中断服务函数：清除标志并置位全局标志。
- 擦写目标 Bank：调用 HAL 库函数擦除扇区并编程数据。
- 等待 EOP 中断：主循环等待标志位，超时处理。
- 跳转准备：设置 VTOR 到目标地址，关闭全局中断，初始化 MSP，跳转。
4. 完整代码示例
以下代码基于 STM32H743，使用 HAL 库。
/* 全局标志：Flash 操作完成 */
volatile uint8_t flash_op_complete = 0;
/* EOP 中断服务函数 */
void FLASH_IRQHandler(void)
{
if (__HAL_FLASH_GET_FLAG(FLASH_FLAG_EOP)) {
__HAL_FLASH_CLEAR_FLAG(FLASH_FLAG_EOP);
flash_op_complete = 1;
}
}
/* Flash 擦写函数（以擦除 Bank2 为例） */
void Flash_Erase_Bank2(void)
{
FLASH_EraseInitTypeDef erase_init;
uint32_t sector_error = 0;
flash_op_complete = 0;
erase_init.TypeErase = FLASH_TYPEERASE_SECTORS;
erase_init.Banks = FLASH_BANK_2; // 选择 Bank2
erase_init.Sector = 0;
erase_init.NbSectors = 8; // 擦除所有扇区（假设每个扇区128KB）
erase_init.VoltageRange = FLASH_VOLTAGE_RANGE_3;
HAL_FLASH_Unlock();
if (HAL_FLASHEx_Erase(&erase_init, §or_error) != HAL_OK) {
// 错误处理
}
HAL_FLASH_Lock();
}
/* 跳转到 App 函数 */
void Jump_To_App(uint32_t app_addr)
{
uint32_t msp_value = *(volatile uint32_t *)app_addr;
void (*app_reset_handler)(void) = (void (*)(void))(*(volatile uint32_t *)(app_addr + 4));
// 关闭全局中断
__disable_irq();
// 重定位中断向量表
SCB->VTOR = app_addr;
// 设置主栈指针并跳转
__set_MSP(msp_value);
app_reset_handler();
}
/* 主函数示例 */
int main(void)
{
HAL_Init();
SystemClock_Config();
// 使能 Flash EOP 中断
HAL_FLASH_Unlock();
__HAL_FLASH_ENABLE_IT(FLASH_IT_EOP);
HAL_FLASH_Lock();
HAL_NVIC_EnableIRQ(FLASH_IRQn);
// 擦除 Bank2（假设升级数据已准备好）
Flash_Erase_Bank2();
// 等待擦除完成（超时 5 秒）
uint32_t timeout = HAL_GetTick() + 5000;
while (!flash_op_complete && HAL_GetTick() < timeout);
if (flash_op_complete) {
// 编程数据到 Bank2（此处省略具体编程代码）
// ...
// 跳转到 Bank2 的 App
Jump_To_App(0x08100000);
} else {
// 超时处理
Error_Handler();
}
while (1);
}
5. 注意事项
-
中断向量表重定位：App 工程中必须设置
VECT_TAB_OFFSET为对应偏移（如 0x100000），否则跳转后中断异常。 -
Flash 操作时序：擦写期间不能访问 Flash 代码区，否则总线忙。建议将擦写函数放在 RAM 中执行（如
__attribute__((section(".ramfunc")))）。 - EOP 中断优先级：确保其优先级高于 App 中的关键中断，但跳转前应关闭所有中断，避免跳转过程中断。
-
双 Bank 切换：若 App 需要切换 Bank 运行，需修改选项字节
DBANK并复位，但本文跳转方式无需切换，直接跳转即可。 - 电源稳定性：擦写 Flash 时电流较大，确保供电稳定，否则可能导致擦写失败。
6. 总结
通过利用 STM32H7 双 Bank 架构和 Flash 擦写中断，我们实现了 Bootloader 到 App 的无缝跳转，避免了传统升级的停机问题。关键在于正确配置 EOP 中断、等待操作完成，并重定位向量表。此方案适用于需要在线升级的高可靠性系统，如工业控制器、IoT 设备等。开发者可根据实际需求扩展为 A/B 分区升级策略，进一步提升系统鲁棒性。