双扇区STM32动态固件更新的Bootloader适配方案咨询

项目背景 #

基于STM32开发带Bootloader的固件更新系统，设备包含两个应用扇区（APP1、APP2），用于存储同一应用的不同版本。OTA升级逻辑为：当前运行APP1时，将新版本写入APP2；当前运行APP2时，写入APP1。复位后Bootloader通过读取两个扇区上方的元数据，选择版本较新的应用启动。

核心问题 #

项目仅编译单固件镜像，但链接脚本硬编码绑定到APP1或APP2的存储地址，导致固件与特定存储区域强绑定，无法动态适配所在的扇区。

初步思路 #

考虑使用两个不同的链接脚本编译两次，生成对应APP1和APP2的固件，OTA前根据当前运行扇区选择对应版本。但希望了解是否存在Bootloader动态配置应用的方法，或更优的单镜像适配双扇区方案。

附：内存映射 #

/* Specify the memory areas */
MEMORY
{
   /* Bootloader region */
    FLASH_BOOTLOADER(rx) : ORIGIN = 0x08000000, LENGTH = 32K

    /* METADATA region for App1 */
    FLASH_METADATA_APP1 (r) : ORIGIN = 0x08008000, LENGTH = 1K 

    /* Application 1 region */
    FLASH_APP1 (rx) : ORIGIN = 0x08008400, LENGTH = 363K

    /* METADATA region for App2 */
    FLASH_METADATA_APP2 (rx) : ORIGIN = 0x08063000, LENGTH = 1K

    /* Application 2 region */
    FLASH_APP2 (rx) : ORIGIN = 0x08063400, LENGTH = 363K

    /* Eeprom section */
    FLASH_EEPROM (rx) : ORIGIN = 0x080BE000, LENGTH = 8K

    /* Reserved region */
    FLASH_RESERVED (r) : ORIGIN = 0x080BF000, LENGTH = 60K

    /* Wireless stack region */
    FLASH_BLE_STACK (x) : ORIGIN = 0x080CE000, LENGTH = 120K

    /* FUS region */
    FLASH_FUS (rx) : ORIGIN = 0x080EC000, LENGTH = 16K

    /* RAM region */
    RAM (xrw) : ORIGIN = 0x20000008, LENGTH = 0x2FFF8
   
    RAM_SHARED (xrw) : ORIGIN = 0x20030000, LENGTH = 10K
}

附：链接脚本片段 #

/* The startup code goes first into FLASH */
.isr_vector :
{
  . = ALIGN(4);
  KEEP(*(.isr_vector)) /* Startup code */
  . = ALIGN(4);
    
} >FLASH_APP1

解决方案 #

方案1：单镜像位置无关代码（PIC）适配 #

• 核心逻辑：让应用代码脱离绝对地址依赖，运行时自动识别所在扇区并调整运行环境
• 实现步骤：
  1. 修改链接脚本，将应用链接到虚拟基地址（如0x00000000），开启编译器位置无关代码选项（GCC需添加-fPIC或-fpic）
  2. 在应用启动阶段（如启动文件的复位处理函数中），读取当前PC值，判断其落在APP1或APP2的地址范围内，计算自身所在扇区的基地址
  3. 动态设置中断向量表偏移：通过SCB->VTOR寄存器，将向量表地址设置为当前应用扇区的起始地址
  4. 所有访问自身Flash数据的代码，均通过相对地址计算（如使用段属性标记数据，通过偏移量访问）
• 注意：部分STM32型号对VTOR的设置有对齐要求（如必须是0x200的倍数），需确保扇区起始地址符合要求；外设初始化代码若有硬编码Flash地址，需改为相对偏移。

方案2：Bootloader动态重定位应用 #

• 核心逻辑：由Bootloader负责调整应用的运行环境，让应用无需感知自身所在扇区
• 实现步骤：
  1. 编译应用时，链接脚本使用虚拟地址或统一基地址（无需绑定到APP1/APP2）
  2. Bootloader读取选中应用的元数据，获取其所在扇区的基地址
  3. 设置SCB->VTOR为该应用扇区的起始地址，然后跳转到应用的复位向量
  4. 若应用需要访问自身Flash数据，Bootloader可将应用基地址写入共享RAM区域，应用启动后从该区域读取基地址并计算实际访问地址
• 优势：无需修改应用的编译流程，仅需Bootloader增加少量逻辑，兼容性较好。

方案3：双镜像编译（初步思路优化） #

• 核心逻辑：编译两个分别绑定APP1和APP2的固件镜像，OTA时根据当前运行扇区选择对应镜像下载
• 实现步骤：
  1. 复制现有链接脚本，生成两个版本：linker_app1.ld（绑定FLASH_APP1）和linker_app2.ld（绑定FLASH_APP2）
  2. 在编译脚本（Makefile）或IDE工程中添加两个编译目标，分别使用不同的链接脚本，生成两个独立的固件镜像
  3. OTA过程中，Bootloader先读取当前运行的应用扇区，然后请求对应版本的固件镜像，写入另一扇区
• 优势：实现最简单，无需修改应用核心代码，兼容性最好，适合对开发复杂度要求低的场景。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者WITC