NRF52832DK-DFU固件升级教程

DFU是Device Firmware Update的缩写，翻译成中文是设备固件升级。设备固件升级是现在电子设备开发过程中不可规避的问题。下面将以谷雨物联的NRF52832DK评估板为硬件基础，详细介绍DFU的流程。

1 Bootloader 与 DFU 模型

在Nordic提供的SDK中，bootloader 与DFU是其中的一部分。开发者可以在安装的SDK目录中找到。当然开发者也可以在它们的基础上，开发编译自己的bootloader。

一个基本的bootloader在运行后，将会启动指定空间的用户程序。当然可以在几个不同的用户程序间切换，或者在启动用户程序之前对设备进行初始化。但bootloader最重要的功能就是DFU。它主要有以下几个特性：

• 更新application,SoftDevice和bootloader
• 认证更新
• 降级预防
• 硬件兼容性验证
• 多种传输方式：（BLE，UART，USBD）
• 支持application 携带或不带SoftDevice
• 支持用独立于SoftDevice的固件替换依赖于SoftDevice的固件
• 支持使用依赖于SoftDevice的固件替换独立于SoftDevice的固件

注：开发者可以查看Nordic的官方原文文档说明。Bootloader and DFU modules章节。

下面是bootloader功能模块的结构框图：

bootloader modules

由上图可以看出它分为nrf_bootloader,nrf_crypto,nrf_dfu和nrf_dfu_transport功能模块。其中nrf_crypto实现安全特性，签名bootloader。在Nordic提供的SDK中，提供Secure Bootloader和Open Bootloader两种类型多种传输方式的bootloader。

注：关于nrf_bootloader,nrf_dfu,nrf_dfu_transport详细说明，可以查看Nordic的nRF5_SDK_15.2.0文档。

2 Bootloader详细说明

在DFU过程中，Bootloader占据作用的位置，这章节将详细说明DFU过程中，Bootloader所做的工用。

Bootloader主要负责的事项：

• 引导应用程序
• 激活新固件
• 进入DFU 模式，激活DFU传输，并交付接收到的新固件
• 喂狗看门狗定时器

在Nordic提供的SDK中，每个bootloader例子都包含一DFU传输方式。

2.1 Bootloader 设置页信息

这个设置页（settings page）存储在非易失性存储器（flash）中，用于保存bootloader与DFU相关的信息。这个设置页主要包含以下几方面的内容：

• 当前固件大小，CRC-32校验值
• 挂起固件大小，CRC-32校验值
• 固件更新进度
• 固件激活时度
• 当前固件版本（应用程序与bootloader）
• 一些特殊数据

2.2 固件激活（Fireware activation）

固件激活是固件更新最后一步。在启动期间，bootloader将会读取settings page里的相应信息，基于这些信息固件激活会被触发。固件激活涉及到新固件copy，以代替旧固件（如果应用程序是双块区域的，这个将在memory layout会用说明），同时会更改settings page信息，以请允许新固件启动。bootloader 要确保copy过程中断电安全。

2.3 DFU 模式（DFU mode）

在DFU模式，bootloader会打开DFU传输，以便设备接收新的固件。bootloader进入DFU模式，可以通过以下几个条件：

• 没有有效的应用程序存在
• SoftDevice与有效的应用程序都存在时，host请求bootloader进行应用程序更新
• 进入DFU模式可以通过以下几个源触发：
  • Button（NRF_BL_DFU_ENTER_METHOD_BUTON）
  • Pin reset（NRF_BL_DFU_ENTER_METHOD_PINRESET)）
  • GPREGRET寄存器设置特定的值（NRF_BL_DFU_ENTER_METHOD_GPREGRET）
  • 应用程序通过向settings page写入请求（NRF_BL_DFU_ENTER_METHOD_BUTTONLESS）

当进入DFU 模式，不活动定时器被启动。当定时器到期时，bootloader就会复位。任何DFU活动都会使不活动定时器重启。不活动定时器超时时间默认是NRF_BL_DFU_INACTIVITY_TIMEOUT_MS。如果SoftDevice激活后，设备进入DFU模式，不活动定时器超时时间被设置为NRF_BL_DFU_CONTINUATION_TIMEOUT_MS。

2.4 启动应用程序（Starting the application）

基于settings page的信息，bootloader可以确定是否有应用程序存在，处在什么位置。在启动应用程序之前，bootloader会检查程序的完整性。当然完整性检查也可以在特定的情况下跳过以减少启动时间（NRF_BL_APP_CRC_CHECK_SKIPPED_ON_GPREGRET2，NRF_BL_APP_CRC_CHECK_SKIPPED_ON_SYSTEMOFF_RESET）。只要以下之一条件发生，bootloader就会进入DFU模式：

• 没有application安装
• 完整性检查失败
• 没有setttings page

2.5 看门狗定时器支持（Watchdog timer support）

bootloader 检测看门狗是否活动并喂它以阻止看门狗复位。

2.6 Bootloader 依赖（Bootloader dependencies）

Bootloader模块除在传输时，不依赖SoftDevice。只有在使用BLE DFU 传输方式才依赖SoftDevice。

Bootloader也支持系统中根本不存SoftDevice的情况。

2.7 烧录bootloader（Programming the bootloader）

在系统启动期间，如果bootloader已经安装，MBR（主引导记录，Master Boot Record）负责启动bootloader。为此MBR必须知道bootloader的开始地址。bootloader开始地址存放到UICR.BOOTLOADERADDR中，UICR.BOOTLOADERADDR被映射在0x10001014。