nRF52810 DFU升级失败以及Flash空间分配问题分析

本文分析了nRF52810因Flash空间受限无法进行DFU的问题。nRF52810的Flash大小为192KB,理论上应用程序最大60KB,但实际大于48KB时可能无法DFU。原因是FDS模块占用应用程序空间,Bootloader设置了保护区域,升级时会检查空间是否足够。

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        本文主要分析由于Flash空间受限,导致nRF52810无法进行DFU的问题。先看下nRF52810的Flash空间分配:

从图中可以很清楚地看出,nRF52810的Flash大小为192KB,其中100KB分配给SoftDevice,也就是协议栈。32KB分配给Bootloader,剩下的60KB分配给应用程序。因此,理论上应用程序大小最大可以是60KB。但实际上很多情况下,应用程序大于48KB(有的可能是52KB)时就无法进行DFU了,现象是一进Bootloader就重启。

        很多开发者因此很困惑。其实,是因为我们忽略了FDS模块其实也是要占用应用程序的空间的。Bootloader为了不误擦用户的FDS数据,在代码里设置了一个宏,用于指定被保护的FDS区域的大小。对于这一块空间,Bootloader是不会去使用的。有关说明,可以参考博主的另一篇文章:https://blog.youkuaiyun.com/fun_tion/article/details/88669758

        在跳转到Bootloader时,程序会检查空间是否够满足本次升级。检查的方法是看应用程序大小+被保护区域大小是否大于60KB,如果大于则直接退出升级并重启。假设被保护区域设置的是12KB的话,那应用程序最大也就不能超过48KB了,开发者在使用这款芯片的时候,要格外注意这点。

<think>嗯,用户现在问的是关于bootloader引导程序的编写。之前他们问过自定义签名算法或扩展验证逻辑在nRF52832 DFU升级中的应用,现在可能是在继续深入开发bootloader时需要更基础的知识。用户可能是嵌入式开发者,可能在使用nRF52832或其他微控制器,需要编写或定制自己的bootloader。 首先,我需要确定用户的需求层次。他们可能已经了解DFU升级中的高级功能,比如自定义签名,现在想了解如何从头开始编写bootloader。所以需要从bootloader的基本概念讲起,包括启动流程、内存管理、固件验证、跳转机制等。 用户可能对bootloader的具体实现步骤和关键点感兴趣,比如如何初始化硬件,如何与应用程序通信,如何处理固件更新,以及如何确保安全性和可靠性。考虑到之前的讨论涉及加密和验证,用户可能特别关注安全引导的部分,比如签名验证、防回滚等。 需要分结构来回答,先介绍bootloader的作用,然后详细讲解编写步骤,包括启动流程、内存规划、通信协议、固件更新、安全机制、调试测试等。此外,要结合实际例子,比如基于nRF52832的具体代码片段,帮助用户理解。同时,要提到常见的挑战和解决方案,比如内存不足、通信错误、安全性问题等,这能帮助用户避免常见陷阱。 还要注意用户可能的误区,比如忽视启动时间优化、内存对齐问题、中断处理等。需要强调这些细节的重要性。另外,结合之前的DFU升级内容,可以提到如何将自定义签名算法整合到bootloader中,确保安全启动。 最后,可能需要给出一些资源或工具建议,比如使用nRF Connect SDK、Segger J-Link调试器,或者推荐使用特定的加密库。用户可能希望有实际的示例代码,所以在总结时提到可以进一步提供具体代码片段,以增强实用性。</think>以下是关于 **Bootloader(引导程序)编写** 的详细介绍,涵盖核心原理、实现步骤、关键代码示例及注意事项: --- ### **一、Bootloader 的核心作用** Bootloader 是嵌入式系统的“启动管理器”,主要功能包括: 1. **硬件初始化**(时钟、外设、内存)。 2. **验证应用程序完整性**(签名校验、哈希校验)。 3. **固件更新**(通过 UART、BLE、USB 等接口接收新固件并烧录)。 4. **跳转到应用程序**(若验证通过)或进入固件升级模式。 --- ### **二、Bootloader 编写的关键步骤** #### **1. 确定硬件平台与启动流程** - **硬件依赖**: 基于芯片的启动地址(如 ARM Cortex-M 的 `0x00000000`),需明确 Bootloader 和应用程序的存储位置(地址映射)。 - **示例**(nRF52832 的 Flash 分区): ```c #define BOOTLOADER_START 0x00000000 // Bootloader 起始地址 #define APP_START 0x00008000 // 应用程序起始地址 #define UPDATE_SLOT 0x00040000 // 新固件的临时存储区 ``` - **启动顺序**: 1. 芯片上电后运行 Bootloader。 2. Bootloader 检查是否需要升级(如检测特定引脚电平或标志位)。 3. 若无需升级,验证当前应用程序完整性,并跳转执行。 #### **2. 内存管理** - **链接脚本配置**: 在编译时指定 Bootloader 和应用程序的地址范围(避免内存冲突)。 - **示例**(GCC 链接脚本片段): ```ld MEMORY { BOOTROM (rx) : ORIGIN = 0x00000000, LENGTH = 32K APPROM (rx) : ORIGIN = 0x00008000, LENGTH = 224K RAM (rwx) : ORIGIN = 0x20000000, LENGTH = 64K } ``` - **栈与堆分配**: Bootloader 需独立管理栈和堆空间,避免与应用程序冲突。 #### **3. 固件跳转逻辑** - **跳转到应用程序**: 通过函数指针跳转到应用程序的复位向量地址,并重置栈指针。 - **示例代码**(ARM Cortex-M): ```c typedef void (*app_entry_t)(void); void jump_to_application(uint32_t app_address) { app_entry_t app_entry = (app_entry_t)(*(volatile uint32_t*)(app_address + 4)); __set_MSP(*(volatile uint32_t*)app_address); // 重置栈指针 app_entry(); // 跳转执行 } ``` #### **4. 固件更新机制** - **通信协议**: 实现与上位机的数据传输协议(如 YMODEM、自定义二进制协议)。 - **伪代码示例**(通过 UART 接收固件): ```c void dfu_update_via_uart() { uint8_t buffer[256]; uint32_t offset = 0; while (1) { if (uart_data_available()) { uart_read(buffer, sizeof(buffer)); flash_write(UPDATE_SLOT + offset, buffer, sizeof(buffer)); offset += sizeof(buffer); } } // 固件接收完成后验证并切换 } ``` - **双区切换(A/B 分区)**: 使用两个独立的应用程序存储区(Active 和 Backup),确保升级失败可回滚。 #### **5. 安全验证** - **签名校验**: 使用 ECDSA、RSA 或国密算法验证固件签名(需集成加密库如 mbedTLS、tinycrypt)。 - **示例代码**: ```c bool verify_firmware(uint8_t *fw_data, uint32_t fw_size, uint8_t *signature) { uint8_t hash[SHA256_DIGEST_SIZE]; sha256(fw_data, fw_size, hash); // 计算固件哈希 return ecdsa_verify(hash, signature, public_key); // 验证签名 } ``` - **防降级攻击**: 检查固件版本号是否高于当前版本。 ```c if (new_version <= current_version) { abort_dfu(); } ``` #### **6. 调试与看门狗** - **日志输出**: 通过 UART、RTT 或 SWO 输出调试信息。 - **看门狗(WDT)**: 防止 Bootloader 死锁,需定期喂狗。 ```c void init_watchdog() { NRF_WDT->CONFIG = WDT_CONFIG_HALT_RUN | WDT_CONFIG_SLEEP_RUN; NRF_WDT->CRV = 32768 * 5; // 5秒超时 NRF_WDT->RREN = 1; NRF_WDT->TASKS_START = 1; } ``` --- ### **三、关键代码示例** #### **1. Bootloader 启动代码(基于 nRF52832)** ```c int main() { init_clock(); // 初始化系统时钟 init_flash(); // 初始化 Flash 驱动 init_uart(); // 初始化 UART 通信 init_watchdog(); // 初始化看门狗 // 检查是否需要升级 if (check_dfu_trigger()) { enter_dfu_mode(); // 进入固件升级模式 } else { // 验证应用程序完整性 if (verify_application()) { jump_to_application(APP_START); // 跳转到应用程序 } else { enter_dfu_mode(); // 验证失败,进入升级模式 } } return 0; } ``` #### **2. Flash 写入函数** ```c void flash_write(uint32_t address, uint8_t *data, uint32_t len) { nrf_nvmc_write_bytes(address, data, len); // 可选:验证写入内容 if (memcmp((void*)address, data, len) != 0) { handle_flash_error(); } } ``` --- ### **四、常见问题与解决** | **问题** | **解决方案** | |--|------------------------------------------------------------------------------| | 应用程序无法跳转 | 检查栈指针复位和中断向量表地址是否正确。 | | Flash 写入失败 | 确保 Flash 未写保护,擦除操作在写入前完成。 | | 签名验证速度慢 | 使用硬件加速(如 nRF CryptoCell)或优化算法(如 Ed25519)。 | | 内存不足 | 优化 Bootloader 代码体积,移除非必要功能(如复杂协议)。 | --- ### **五、安全增强建议** 1. **安全启动(Secure Boot)**: - 在芯片的 OTP 区域存储根公钥,确保 Bootloader 自身未被篡改。 2. **加密固件**: - 使用 AES 加密固件,Bootloader 解密后再执行。 3. **抗侧信道攻击**: - 在签名验证时引入随机延迟,防止时序分析。 --- ### **六、调试工具推荐** 1. **J-Link 调试器**: - 实时查看寄存器、内存和变量。 2. **nRF Connect SDK**: - 提供日志追踪、内存分析工具。 3. **逻辑分析仪**: - 捕获 UART、SPI 等通信时序。 --- ### **七、总结** 编写 Bootloader 需重点关注: 1. **硬件初始化与内存管理** 2. **可靠的固件更新与验证机制** 3. **安全性设计**(防篡改、加密、防降级) 4. **调试与容错处理**(看门狗、日志) 如果需要特定平台(如 STM32、ESP32)的代码示例或深入某个技术细节,可进一步说明!
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