STM32F407软件Bootloader UART数据接收异常问题排查

核心问题根源 #

STM32执行Flash擦除/写入时会占用CPU较长时间（尤其是扇区擦除），如果UART接收用的是轮询方式，或者在Flash操作时全局关闭了中断，PC发送的后续数据会因为MCU没法及时响应UART接收中断，导致接收缓冲区溢出丢包。

针对性解决方法 #

1. 修复Flash操作时的中断处理 #

检查Flash操作代码里有没有__disable_irq()这类全局关中断的调用，要是有，别直接全局关，改成临时保存中断状态，操作完再恢复，确保UART接收中断不被关闭。

示例修正：

// 原错误写法
__disable_irq();
FLASH_ProgramDoubleWord(flash_addr, data);
__enable_irq();

// 修正后：只临时关中断，保留原有中断状态
uint32_t saved_primask = __get_PRIMASK();
__disable_irq();
FLASH_ProgramDoubleWord(flash_addr, data);
__set_PRIMASK(saved_primask); // 恢复之前的中断配置

2. 改用UART DMA接收 #

把UART接收换成DMA模式，DMA能在CPU处理Flash操作时自动把UART数据存到缓冲区，完全不占用CPU，从根本上避免丢包。

示例代码片段：

uint8_t uart_dma_rx_buf[512]; // 开足够大的缓冲区

// 初始化DMA接收
HAL_UART_Receive_DMA(&huart1, uart_dma_rx_buf, BLOCK_SIZE);

// DMA接收完成回调函数，处理固件块
void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart) {
    if (huart->Instance == USART1) {
        // 处理刚收到的固件块
        handle_firmware_block(uart_dma_rx_buf, BLOCK_SIZE);
        // 重启DMA接收下一块
        HAL_UART_Receive_DMA(&huart1, uart_dma_rx_buf, BLOCK_SIZE);
    }
}

3. 给上位机加ACK应答机制 #

修改Python上位机，每发一块固件就等MCU回ACK信号，确认MCU处理完当前块（包括Flash写入）后再发下一块，彻底避免MCU忙不过来的情况。

修正后的Python代码片段：

import serial

ser = serial.Serial('COM3', 115200, timeout=3)
firmware_data = open('main_app.bin', 'rb').read()
block_size = 256

for idx in range(0, len(firmware_data), block_size):
    current_block = firmware_data[idx:idx+block_size]
    # 发送当前块
    ser.write(current_block)
    # 等待MCU的ACK（假设ACK是0x06）
    ack = ser.read(1)
    while ack != b'\x06':
        ack = ser.read(1)
        if not ack:
            print("等待ACK超时，传输失败")
            ser.close()
            exit(1)
    print(f"第{idx//block_size +1}块发送完成，已收到ACK")

ser.close()

4. 优化Flash操作耗时 #

• 提前擦除需要写入的扇区，别每写一块就擦一次（扇区擦除比单字写入慢得多）
• 按STM32F4的Flash最小编程单元（双字，8字节）批量写入，减少单次操作次数

示例Flash操作优化：

// 提前擦除主应用所在扇区（0x08004000对应扇区1）
FLASH_Erase_Sector(FLASH_SECTOR_1, VOLTAGE_RANGE_3);

// 按双字批量写入
for (uint32_t i=0; i<block_size; i+=8) {
    uint64_t write_data = *(uint64_t*)(block_buf + i);
    FLASH_ProgramDoubleWord(flash_base_addr + i, write_data);
}

额外检查点 #

• 确认UART接收缓冲区大小足够，太小的话即使开中断也容易溢出
• 检查Bootloader里有没有在Flash写入时阻塞UART接收的逻辑（比如轮询接收时卡在Flash操作里）
• 可以开启UART溢出中断，方便排查是否真的发生了缓冲区溢出

内容的提问来源于stack exchange，提问作者dinajs