一、简介

1.1 串口DFU

DFU（Device Firmware Update） 设备固件升级，而 UART 串口升级技术是DFU其中一种类型。其他类型包括：OTA、USB和SPI等有线方式升级。

第一次烧录时需要将softdevice（协议栈）、bootloader（引导加载程序）、settings（引导程序配置页）、application（用户应用程序）合成一个hex文件进行烧录。

而之后的固件升级，只需通过将application（用户应用程序）合成一个zip的升级包，串口进行上传更新。

以下将分别说明 bootloader、settings、application 、升级包在DFU中的作用及展示它们在Flash中的布局。

1.2 DFU Flash布局

DFU有两种模式，分别为：dual bank 和 single bank。
简单来说 dual bank 模式在升级时系统先进入bootloader，然后把新系统（新固件）下载下来并校验成功，在擦除老系统（老固件），并运行新系统。缺点是耗费比较多的存储空间。

关于dual bank模式详细介绍查看 BLE DFU：Dual Bank

dual bank

而 single bank 模式在升级时系统先进入bootloader，然后立即擦除老系统（老固件），再把新系统（新固件）下载到原本老系统的存储区域，在运行起来。缺点是如果升级过程中出现问题或新固件有问题，就会一直停留在bootloader，相当于“变砖”了。

single bank

注：Bootloader在接收数据前会检查Bank 1的大小，如果空间足够，就执行Dual Bank，否则当前应用程序，腾出空间执行Single Bank。SDK自动完成这个判断动作。

1.3 Bootloader

bootloader 是引导加载程序，DFU的基本流程就是在 bootloader中接收新固件数据并写入Flash，接收完毕后重启跳转并运行新固件 。其中SDK v11及更早版本中bootloader为开放透明性的Legacy DFU，而SDK v12之后有了加密性的Secure DFU。

关于Legacy DFU详细介绍查看 BLE DFU：Legacy DFU
关于Bootloader详细介绍查看 BLE DFU：Bootloader

1.4 Settings

settings 全称bootloader settings，用于引导设备启动后由bootloader到application的自动跳转。bootloader启动时候，会检查Settings中的 bank0_bank_code、bank0_img_crc，如果二者都正确，则执行跳转进入application，否则驻留在bootloader中执行DFU。

关于settings详细介绍查看解读Settings文件

1.5 Application

在设备启动后bootloader到application进行正常工作，而当开发者后续需要对系统进行升级时，则需要由application重新跳转到bootloader中，这个过程可以采用按键方式（button）触发，也可以直接用BLE连接发送命令方式（buttonless），本文采取的切换DFU模式方式就是buttonless。

关于application详细介绍查看 BLE DFU：Application

1.6 升级包

从SDK 12开始，Nordic为DFU操作增加了签名校验机制，称为Secure DFU。执行Secure DFU，需要使用升级包（zip），而不能直接使用二进制文件（hex/bin）。
升级包 包括manifest.json（文件清单）、nrf52832_xxaa.bin（新固件）和nrf52832_xxaa.dat（init packet），其中init packet包含了meta信息：新固件的类型、大小、版本和签名信息。这里的签名将在执行DFU被校验。

关于升级包详细介绍查看 BLE DFU：生成升级包
关于init packet详细介绍查看弄懂 Init Packet

二、安装软件

注意：由于Secure DFU需要micro-ecc库进行签名验证，需要micro_ecc_lib_nrf52.lib，所以需要使用GCC编译器生成。

所以我们只需将micro_ecc_lib_nrf52.lib加入我们的工程（在后面编译bootloader工程中说明），即可忽略以下2.1及2.2的安装

2.1 安装gcc-arm-none-eabi（可跳过）

作用：编译micro-ecc

官网下载：https://developer.arm.com/tools-and-software/open-source-software/developer-tools/gnu-toolchain/gnu-rm/downloads
百度网盘：https://pan.baidu.com/s/1AQLMOVun3sMcvRd6WqL7AQ 提取码：jh4v

安装gcc-arm-none-eabi过程查看 Secure DFU环境搭建中2.1，注意要安装在C盘

2.2 安装MinGW（可跳过）

作用：Windows的极简GNU编译器（GCC），执行make

官网下载：https://osdn.net/projects/mingw/releases/
百度网盘：https://pan.baidu.com/s/1QU-DRp8K2xFkUaMNflbs7Q 提取码：w5vy

安装MinGW过程及环境变量配置查看 Secure DFU环境搭建中2.2和2.3，注意要安装在C盘

2.3 下载micro-ecc-master

作用：Nordic的DFU中采用了micro-ecc实现ECDSA算法，需要用到micro-ecc源码

官网下载：https://github.com/kmackay/micro-ecc
百度网盘：https://pan.baidu.com/s/1GYS5z-nbNgbyzrTk98NHog 提取码：tumw

2.4 安装Python

作用：pc-nrfutil需要用到python-2.7的环境

官网下载：https://www.python.org/downloads/
百度网盘：https://pan.baidu.com/s/1kphEO80KTAjGtVvmoaDWLw 提取码：du7i

安装Python过程及环境变量配置查看 Secure DFU环境搭建中2.5，注意要安装在C盘

2.5 安装pc-nrfutil

作用：Nordic发布的PC端工具，支持无线DFU和加密功能

官网下载：https://github.com/NordicSemiconductor/pc-nrfutil/
百度网盘：https://pan.baidu.com/s/1L7-Rkv5P3nWG_8Lc-B6YhA 提取码：payb

以下两个选其一
1.把pc-nrfutil解压。打开有setup.py的文件夹，在此处打开dos命令（shift + 鼠标右键）

输入python setup.py install，需要联网

2.打开命令行，输入pip install nrfutil安装nrfutil，需要联网。
安装完成后，输入nrfutil version，如下则表示安装成功。

Python包下载超时问题解决
打开pc-nrfutil-master\requirements.txt

对照左边需要的工具名字替换xxx，输入
pip install xxx -i https://mirrors.aliyun.com/pypi/simple/
改为访问国内的地址加速下载
如pip install six -i https://mirrors.aliyun.com/pypi/simple/

三、修改Bootloader工程

3.1 添加工程并编译

找到SDK中 secure_bootloader 工程(nRF5_SDK_15.0.0_a53641a\examples\dfu\secure_bootloader\pca10040_uart\arm5_no_packs)

然后进行编译，发现报出两类错误

uecc.h 文件找不到

需要生成私有的 key

3.2 加入micro-ecc

把下载的 micro-ecc-master.zip 解压，将下载的一个叫micro-ecc-master文件夹下的四个文件拷贝到报错的路径............\components\libraries\crypto\backend\micro_ecc下
拷贝的四个文件：

3.3 生成micro_ecc_lib_nrf52.lib并加入

生成 micro_ecc_lib_nrf52.lib 过程查看 Secure DFU环境搭建中2.4

或者下载链接：https://pan.baidu.com/s/1zIUhCe7F4UCuQBQLCHRY8A [18qt]
解压后将 micro_ecc_lib_nrf52.lib 放到对应SDK\external\micro-ecc\nrf52hf_keil\armgcc文件夹下

3.4 生成dfu_public_key.c并加入

3.4.1 首先生成私钥

在D盘新建一个文件夹，命名为key，在cmd命令中输入以下内容：nrfutil.exe keys generate D:\key\private.key指令，生成私钥文件private.key

注意：要保存好私钥private.key，以后每个新固件升级时，都要先通过这个私钥进行签名，一旦丢失，DFU将无法进行

3.4.2 然后生成公钥

输入生成公钥指令：nrfutil.exe keys display --key pk --format code D:\key\private.key --out_file public_key.c

3.4.3 将公钥加入工程

将公钥public_key.c改名为 dfu_public_key.c，并将该文件替换掉目录\examples\dfu下的dfu_public_key.c

3.5 根据情况屏蔽代码

如果LED灯IO口跟secure_bootloader工程默认引脚不同或原来LED引脚用作其他功能，需要将dfu_observer()函数中LED灯相关代码屏蔽，否则会一直运行在bootloader，不跳转到application

3.6 配置sdk_config文件

点击 sdk_config.h 文件

选择 Configuration Wizard

去除流控勾选

四、修改Application工程

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）

这里我们选择第3种，通过设置GPREGRET寄存器进入DFU模式。

在自己的串口处理命令中加入

#include "nrf_bootloader_info.h"
#include "nrf_soc.h"
#include "nrf_pwr_mgmt.h"

sd_power_gpregret_clr(0,0xffffffff);                            // 写GPREGRET寄存器之前，需要先清除
sd_power_gpregret_set(0, BOOTLOADER_DFU_START);                 // 写GPREGRET标志位进入DFU模式
nrf_pwr_mgmt_shutdown(NRF_PWR_MGMT_SHUTDOWN_GOTO_DFU);          // 重启

五、烧录固件

5.1 生成bootloader settings

直接烧录softdevice、bootloader和application，会发现application并未运行，芯片一直跑在Bootloader中。

芯片启动后先进入Bootloader，检测Bootloader Settings中的数据，如果这些数据指示Flash中有一个有效的Application，则跳转进入Application。Bootloader Settings是Flash中的一段区域，它包含了Application的大小、CRC等数据，执行DFU时也会在这里存储状态信息。

正常执行DFU时，Bootloader自动生成和维护Bootloader Settings信息。而烧录过程不同，需要手动写入。可以根据application.hex生成一个bl_settings.hex，以产生这些数据，然后烧录这个hex。

生成bl_settings.hex的命令为：
nrfutil settings generate --family NRF52 --application nrf52832_xxaa.hex --application-version 0 --bootloader-version 0 --bl-settings-version 2 settings.hex

其中SDK15.3之后 bl-settings-version值为2，之前的SDK版本值为1

5.2 生成四合一hex文件

因 mergehex 一次最大合并3个文件，所以我们需要分两次合并，将softdevice（协议栈）、bootloader（引导加载程序）和application（应用程序）编译生成的hex文件存在单独文件夹,鼠标放在空白处，shift+右键执行“在此处打开命令窗口”，输入命令：

mergehex -m s132_nrf52_6.1.1_softdevice.hex bootloader.hex nrf52832_xxaa.hex -o output3tol.hex

此时完成一次文件合并，再次输入命令：
mergehex -m output3tol.hex settings.hex -o output4tol.hex

至此，直接用 nRFgo Studio 下载一个文件即可。

5.3 烧录

5.3.1 使用nRFgo Studio烧录

先擦除，在烧录output4tol.hex

六、升级固件

6.1 生成升级包

将 private.key 和 nrf52832_xxaa.hex 放在同一文件夹，鼠标放在空白处，shift+右键执行“在此处打开命令窗口”，输入命令：
nrfutil pkg generate --hw-version 52 --application-version 1 --application nrf52832_xxaa.hex --sd-req 0xB7 --key-file private.key dfufile.zip
其中 --sd-req 0xB7 为协议栈的版本号
获取协议栈版本号的方法如下：

通过命令nrfutil pkg generate --help查看
在线文档，论坛帖子中查看
烧录一个BLE程序，在nrfgo Studio中查看

6.2 使用nrfutil进行升级

在打包的固件目录下cmd运行
nrfutil dfu serial –pkg dfufile.zip –p COM7 –fc 0 –b 115200

6.3 使用C程序进行升级

Nordic nRF5 串口固件更新例子（C代码）
在UartSecureDFU目录下cmd运行
UartSecureDFU.exe COM7 dfufile.zip -v -v

编译好的 UartSecureDFU.exe
链接：https://pan.baidu.com/s/11O3XXn89wUpkp73fBF62RQ 提取码：0yvg

• 由 Leung 写于 2020 年 7 月 20 日

• 参考：Nordic nRF5 串口固件更新例子（C 代碼）
　　　　nRF52832合并BLE和UART空中升级Bootloader移植记录
　　　　 NRF52832DK-DFU固件升级教程
　　　　 NRF52840 DFU升级(四)：GPREGRET标志位升级

NRF52832学习笔记（22）—— 串口DFU接口使用