NRF52840 BLE OTA
NRF52840 BLE OTA
- 1 . 概述
- 2. nRF5 SDK DFU工作原理
- 2.1 ROM空间规划
- 2.2 BLE OTA流程
- 3. 例程
- 4. 小结
1 . 概述
一般MCU DFU（Device Firmare Update）接口为USB、UART、I2C等有线接口。对于NRF52840这颗MCU来说，通过BLE可以做到无线的DFU，即OTA(over the air) DFU。这里主要试下Nordic官方的BLE OTA例程，看看有没有上面需要特别注意的点。
2. nRF5 SDK DFU工作原理
这里介绍下nRF5 SDK Secure DFU(SoftDevice-S140)工作的原理，即需要加密升级过程。
2.1 ROM空间规划
不同其他家MCU bootloader的放置位置，NRF52系列的Bootloader放置在App的后面，因为前面放置了SoftDevice即协议栈，SoftDevice里面前4K(0x1000)空间放置的是MBR( master boot record) 主引导记录部分，上电后由MBR决定跳转到Bootloader还是SoftDevice里面运行，MBR会读取NRF_UICR->NRFFW[0] 的值，不为0xFFFFFFF时即认为bootloader是有的，所以跳转到NRF_UICR->NRFFW[0]对应的值里运行。所以bootloader工程里会通过编译指令把bootloader起始地址设置到NRF_UICR->NRFFW[0]（0x10001014）位置上， 此外bootloader 还会在MBR_BOOTLOADER_ADDR（0x0FF8）地址上写入Bootloader起始地址，在MBR_PARAM_PAGE_ADDR（0x0FFC）地址上也写入MBR Params Page Address。
这里APP是有两块的，就是Double bank架构，每次都运行App bank0里的程序，bootloader先更新App Bank1，等App Bank1更新OK后，再把Bank1里的内容搬移到Bank0，就完成了一次更新。这样架构能保证即使更新失败时也有设备也有正常功能。
Reverse区域可以放置一些不希望被更新掉的App数据
Bootloader（空间占用24K）会判断是否需要跳转到App运行，还是留在bootloader执行升级DFU操作，判断条件如下
- 按键是否按下（GPIO状态）
- 保持寄存器GPREGRET1是否为0xB1
- 上次DFU过程是否还在进行中
- 应用程序校验是否通过
Settings Page放在Flash的最后一个页面，占用一个Flash Page(4K)大小, Settings page目前有2个版本：版本1（SDK15.2及以前版本）和版本2（SDK15.3及以后版本），版本2可以兼容版本1，Bootloader可以根据Settings Page来判断应用程序App是否完整性，来决定是否需要升级，Settings page包含的信息比较多，用得比较多的是：
- 版本信息
- DFU升级过程信息
- Application image的CRC值和大小
- 应用程序的bonding信息
- Init command内容
- application/softdevice的启动校验信息（版本2才有）
Backup Page时Settings Page是的一份备份，内容一致
正常上电流程：MBR(0x0) --> Bootloader(0xF8000) --> SoftDevice(0x1000) --> App Bank0(0x27000)
每个部分都有自己的中断向量表，但所有中断向量都由MBR来进行转发
中断向量表
2.2 BLE OTA流程
正常上电后，系统运行在App中，设备收到DFU指令后，将GPREGRET寄存器赋值0xB1，并触发软复位
软复位后，系统再次进入Bootloader，因为GPREGRET等于0xB1，Bootloader进入DFU模式，等待新固件接收
手机先将init packet发送给设备，设备先做前期检验prevalidation，主要是各种版本校验以及签名验签，校验通过后，更新Settings Page并准备开始数据接收
接收新固件，每接收4kB数据，回复一次CRC校验值，直至整个新固件image接收完毕，如果新固件校验通过（版本1校验CRC值，版本2校验hash值），就会去invalidate（无效化） bank0里面的老固件，更新Settings Page，并再次触发软复位BootLoader启动后发现有新固件需要activate（激活），此时会去擦掉bank0里面的固件，并把bank1里面的固件拷贝到bank0，然后更新settings page，并再次触发软复位。BootLoader再次启动后，检查新image的有效性，校验通过后，跳到新的Application去执行代码,更新完成
3. 例程
NRF52840 BLE DFU例程路径： nRF5_SDK_17.1.0_ddde560\examples\dfu\secure_bootloader\pca10056_s140_ble
NRF52840 BLE App例程路径：nRF5_SDK_17.1.0_ddde560\examples\ble_peripheral\ble_app_buttonless_dfu\pca10056
因为当前是加密升级，会需要先生成一对公私钥来进行签名验证，可通过nordic的nrfutil工具来生成。nrfutil.exe下载链接为：https://github.com/NordicSemiconductor/pc-nrfutil/releases，也可以通过Python pip来安装。
私钥生成命令：
- nrfutil keys generate private.pem （private.pem就是私钥，需要保存好）
公钥生成命令：
- nrfutil keys display --key pk --format code private.pem --out_file dfu_public_key.c （dfu_public_key.c就是公钥）
将刚才生成的dfu_public_key.c替换掉nRF5_SDK_17.1.0_ddde560\examples\dfu目录下同名文件。就可以编译bootloader程序生成boot hex文件了。然后编译出两个App程序，App里面改下广播名来区分两个App。
- 需先生成Settings Page部分，settings.hex就为settings page数据
- nrfutil settings generate --family NRF52840 --application nrf52840_xxaa_old.hex --application-version 1 --bootloader-version 1 --bl-settings-version 2 settings.hex
- 合并4个hex成一个大个hex文件, 便于烧录， softdevice hex + app hex + bootloader hex + settings hex
- mergehex --merge nrf52840_xxaa_s140_boot.hex settings.hex --output temp.hex
- mergehex --merge temp.hex nrf52840_xxaa_old.hex s140_nrf52_7.2.0_softdevice.hex --output whole.hex
- 烧录合并完的hex文件到MCU中
- nrfjprog --eraseall -f NRF52
- nrfjprog --program whole.hex --verify -f NRF52
- nrfjprog --reset -f NRF52
- 烧录完现在MCU已经可以跑到App程序中了，接下来利用另一个App hex来生成一个升级zip包，
- nrfutil pkg generate --application nrf52840_xxaa_new.hex --application-version 2 --hw-version 52 --sd-req 0x100 --key-file private.pem SDK17_app_s140.zip
注：–sd-req表示老固件运行在哪个版本softdevice上，这个值一定要跟softdevice相匹配，否则无法升级，各个softdevice版本ID信息可以通过命令“nrfutil pkg generate --help”获得，s140_nrf52_7.2.0_softdevice为0x100
- 将刚才生成的SDK17_app_s140.zip拷到手机上，下载nordic的nRF Connect应用程序，蓝牙连接Nordic_Buttonless设备，点击右上角的DFU按钮来选择zip，选完就可以开始升级了。
4. 小结
利用官方提供的例程是可以轻松的开发出带BLE OTA程序的，除了使用nrfutil工具复杂一点，但全部过完一遍还是比较容易上手的，但像NRF52832使用的加密算法不一样，还需要自己编译micro-ecc算法库，但也是配置好Arm compiler环境就可以轻松编译出来lib文件来使用。还是一句话，越用越熟练。
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