Embassy-rs项目在STM32F401芯片上的Bootloader实现挑战

内存分区限制带来的挑战

在嵌入式系统开发中，使用STM32F401xC/E系列芯片时，开发者可能会遇到一个特殊的内存分区问题。这类芯片的Flash内存被划分为几个不同大小的区域，其中包含64KB和128KB两种不同大小的扇区。这种非均匀的内存布局给实现可靠的Bootloader带来了显著挑战。

内存结构分析

STM32F401xC/E芯片的Flash内存结构如下：

• 区域1：地址0x08000000到0x0800FFFF，共64KB，划分为4个16KB的小扇区
• 区域2：地址0x08010000到0x0801FFFF，共64KB，作为一个整体的大扇区
• 区域3：地址0x08020000到0x0803FFFF，共128KB，作为一个更大的扇区

对于512KB Flash的xE型号，还额外增加了两个128KB的扇区。

Embassy-boot的实现限制

Embassy-boot库在设计上要求：

1. 页大小(page_size)必须取ACTIVE区和DFU区擦除大小的较大值
2. DFU区容量必须比ACTIVE区至少大一个页
3. 每个分区容量必须是页大小的整数倍

在这种限制下，对于256KB Flash的xC型号，最合理的分区方案是：

• BOOTLOADER和BOOTLOADER_STATE放在区域1
• ACTIVE区放在区域2(64KB)
• DFU区放在区域3(128KB)

然而这会带来两个问题：

1. 页大小必须取128KB(DFU区擦除大小)
2. ACTIVE区64KB不是128KB的整数倍
3. DFU区比ACTIVE区仅大64KB，不满足"至少大一个页(128KB)"的要求

可行的替代方案

对于512KB Flash的xE型号，虽然技术上可以实现，但会浪费大量Flash空间：

• 将ACTIVE区放在一个128KB扇区
• DFU区需要占用两个128KB扇区
• 这样应用程序实际可用空间仅剩128KB

解决方案建议

面对这种硬件限制，开发者可以考虑以下替代方案：

1. 选择其他STM32系列芯片：如STM32F3或STM32F7系列，它们具有更小的Flash扇区，更适合实现A/B分区更新。

2. 自定义Bootloader实现：放弃A/B分区方案，改为由Bootloader直接下载并覆盖应用程序。这种方案虽然牺牲了更新过程中的冗余保护，但在资源受限的设备上可能是更实际的选择。

3. 优化内存布局：仔细评估应用程序的实际需求，可能通过压缩或功能裁剪来适应有限的内存空间。

总结

STM32F401系列芯片的特殊内存结构确实给实现健壮的Bootloader带来了挑战。开发者在选择硬件平台时需要提前考虑Bootloader的实现需求，或者在资源受限的情况下采用更简化的更新方案。理解这些限制有助于在项目初期做出更合理的设计决策。