nRF52-Note(09)-添加DFU服务

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#蓝牙 #ota

本文详细介绍了如何在nRF5SDKv15.3.0环境下，结合IAR或Keil开发工具，实现nRF52840芯片的OTA DFU功能。步骤包括：准备开发环境、修改应用和Bootloader工程、安装相关软件、生成升级文件和烧录。此外，还涉及了安全升级所需的公私钥生成以及使用nRFUtil工具进行固件打包和烧录。

一、开发环境及工具

  1. nRF5 SDK v15.3.0
  2. IAR For ARM V7.80.4 / Keil uVision5(MDK-ARM) V5.33
  3. 此工程源码下载路径 : https://gitee.com/amx/nrf52xx-project

二、移植DFU功能前准备

  1. DFU（Device Firmware Update），即设备固件升级。可以有多种方式，如OTA、UART、USB等，这里我们介绍OTA
  2. nRF52xx进行OTA升级需要烧录3种固件：softdevice、bootloader、application，我们需要编译bootloader、application工程
  3. 了解添加DFU功能后Flash带协议栈和Bootloader布局，更多可以查看nRF52-Note(04)-Memory Layout文章

在这里插入图片描述

下面我们演示如何在nRF5 SDK v15.3.0版本上一步步实现OTA功能。


三、安装相关工具软件

名称描述
J-LinkV6.81d
nRF Connect For DesktopV3.6.1，可选
nRF-Command-Line-ToolsV10.9.0
PythonPython2.7或Python3.7或更高版，可选
nrfutilV6.1.0
nRF Connect for Mobile手机端APP
nRF Toolbox App手机端APP
  1. 安装nRF Connect For Desktop (可选)，用来烧录固件，这里我们使用最新版本V3.6.1：

在这里插入图片描述

  1. 安装nRF-Command-Line-Tools，用来合成和烧录DFU固件，这里我们使用10.9.0版本：

在这里插入图片描述

（1）将其安装路径添加进系统环境变量中：

在这里插入图片描述

（2）在PowerShell中输入nrfjprog --version和mergehex --version验证是否安装成功：

在这里插入图片描述

  1. 安装Python2.7或Python3.7或更高版本(可选)，目的是使用其命令来安装nrfutil

  2. 安装nrfutil，用来生成密钥和打包升级文件，这里有两种安装方式：

    （1）直接下载使用nrfutil.exe文件，简单方便（我们使用此方法）

    在这里插入图片描述

    （2）使用python中的pip命令安装，此方法较为麻烦，可能你会遇到其它一些奇怪的安装问题，这里不讲解。


    我们将nrfutil.exe放到nRF-Command-Line-Tools的安装路径下，在PowerShell输入nrfutil version查看版本：

    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述


四、修改Application工程

  1. 添加DFU相关文件：

在这里插入图片描述

  1. 添加宏定义

    BL_SETTINGS_ACCESS_ONLY
NRF_DFU_SVCI_ENABLED
NRF_DFU_TRANSPORT_BLE=1

  2. 配置sdk_config.h中的宏

    #ifndef BLE_DFU_ENABLED
#define BLE_DFU_ENABLED 1		// 使能DFU
#endif

#ifndef NRF_DFU_BLE_BUTTONLESS_SUPPORTS_BONDS
#define NRF_DFU_BLE_BUTTONLESS_SUPPORTS_BONDS 0	// 无绑定升级方式
#endif

// <o> NRF_SDH_BLE_GATTS_ATTR_TAB_SIZE - Attribute Table size in bytes. The size must be a multiple of 4. 
#ifndef NRF_SDH_BLE_GATTS_ATTR_TAB_SIZE
#define NRF_SDH_BLE_GATTS_ATTR_TAB_SIZE 1600	// 增加Attribute Table空间
#endif

// <o> NRF_SDH_BLE_VS_UUID_COUNT - The number of vendor-specific UUIDs. 
#ifndef NRF_SDH_BLE_VS_UUID_COUNT
#define NRF_SDH_BLE_VS_UUID_COUNT 2		// 这里用到了NUS和DFU两个自定义的UUID
#endif

  3. 将RAM起始地址由0x20002a98改为0x20002ba8

在这里插入图片描述

  1. 在项目中添加DFU相关函数和服务并编译，具体请查看源代码

五、编译Bootloader工程

  1. 编译安装micro-ecc加密库：

    这里我们演示使用安全式空中升级方式（相对与开放式升级），需要下载使用加密库micro-ecc，解压到external\micro-ecc路径下，并编译安装。如果用户需要自行安装，还需要在Windows上额外的安装Git和GCC编译器，再运行build_all脚本完成编译。用户也可以使用他人编译好的加密库文件，直接替换掉原来的目录文件。我们项目代码中已经编译安装好micro-ecc，可以打包参考使用。

在这里插入图片描述

  1. 通过nrfutil生成公私钥对：

    （1）进入examples\dfu目录下，将dfu_public_key.c复制备份成dfu_public_key_backup.c

    （2）在该目录下，按住键盘Shift键，然后单击鼠标右键选择“在此处打开PowerShell窗口”，打开PowerShell

在这里插入图片描述

（3）输入命令生成私钥：nrfutil keys generate private_key.pem

（4）输入命令生成公钥：keys display --key pk --format code private_key.pem --out_file dfu_public_key.c

在这里插入图片描述

（5）这时你会发现目录下多了private_key.pem文件，dfu_public_key.c也被修改：

在这里插入图片描述

注意：请务必保管好自己的private_key.pem文件，以后每次升级新固件时，都会通过它进行签名，一旦丢失或者被暴露，DFU将无法进行或者变得不安全

  1. 编译Bootloader工程：

    （1）进入examples\dfu\secure_bootloader打开对应的ble工程并，编译生成bootloader的hex文件

    在这里插入图片描述

    （2）此时我们也可以查看下Bootloader工程的RAM和Flash的空间分配

    在这里插入图片描述


六、生成升级文件和烧录文件

  1. 在examples\dfu目录下新建文件夹secure_dfu_images，将工程编译好的application、bootloader文件拷贝到此目录，分别重新命名为nrf52xx_app.hex、nrf52xx_bootloader.hex

  2. 将softdevice文件和生成的私钥private_key也拷贝到此目录

  3. 在目录下创建脚本文件1_build.bat，在里面添加如下内容，符号::后面为注释内容：

   ::generate settings page for current image
   nrfutil.exe settings generate --family NRF52 --application nrf52xx_app.hex --application-version 3 --bootloader-version 2 --bl-settings-version 2 bootloader_settings.hex
   
   ::merge bootloader,softdevice,app and settings
   mergehex.exe --merge nrf52xx_bootloader.hex s132_nrf52_6.1.1_softdevice.hex --output production_final1.hex
   mergehex.exe --merge production_final1.hex nrf52xx_app.hex --output production_final2.hex
   mergehex.exe --merge production_final2.hex bootloader_settings.hex --output nrf52xx_firmware.hex
   
   ::generate upgrade pack
   nrfutil pkg generate --hw-version 52 --sd-req 0xB7 --application-version 0xff --application nrf52xx_app.hex --key-file private_key.pem nrf52xx_app_update.zip
   
   del production_final1.hex
   del production_final2.hex
   pause

上述命令选项中0xB7的值为对应的softdevice版本的值，可以通过nrfutil pkg generate --help命令查看，我们使用s132_nrf52_6.1.1_softdevice版本：

在这里插入图片描述

更多关于nrfutil和mergehex命令介绍可以访问https://infocenter.nordicsemi.com/index.jsp查看文档：

在这里插入图片描述

  1. 双击运行1_build.bat，生成烧录文件nrf52xx_firmware.hex和升级文件nrf52xx_app_update.zip，前者用于烧录MCU，后者用于OTA升级

在这里插入图片描述

  1. 新建脚本文件2_program.bat，用于烧录固件，加入以下内容：

    nrfjprog -f NRF52 --eraseall
nrfjprog -f NRF52 --program "nrf52xx_firmware.hex" --verify
nrfjprog -f NRF52 --reset

pause

    双击运行2_program.bat，将固件nrf52xx_firmware.hex烧录到芯片中。

    也可以使用nRF Connect For Desktop进行烧录：

在这里插入图片描述


七、手机APP升级测试

  1. 在手机端安装nRF Toolbox软件
  2. 将nrf52xx_app_update.zip升级文件发送到手机端，比如通过微信
  3. 在文件打开方式中选择nRF Toolbox
  4. nRF Toolbox使用步骤及nRF Connect查看截图：

在这里插入图片描述


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}}#endif同时，我们也要考虑在循环中检测到组合键（设置_ota_dfu）后，也要设置dfu_start（因为_ota_dfu是dfu_start的一种情况，但dfu_start是总的进入DFU的标志，而_ota_dfu表示进入OTA DFU）。实际上，组合键检测...
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