nrf52——DFU升级OTA升级方式详解(基于SDK开发例程)

在我们开始前，默认你已经安装好了一些基础工具，如nrfutil，如果你没有安装过请根据官方中文博客去安装好这些基础工具，连接如下：Nordic nRF5 SDK开发环境搭建(nRF51/nRF52芯片平台) - iini - 博客园 (cnblogs.com)

本文只是对整个升级过程进行一次完整操作，以及其中可能出错的地方进行记录，如果你想知道具体原理，那么请你看官方中文博客的两篇文章，如果仅仅只是基于SDK，那么你参考第一篇即可，如果你需要在NCS上进行请参考第二篇，相信你在看了该博客后会对DFU有更深刻的理解，连接如下：详解蓝牙空中升级(BLE OTA)原理与步骤 - iini - 博客园 (cnblogs.com) 　，nRF Connect SDK(NCS)/Zephyr固件升级详解 – 重点讲述MCUboot和蓝牙空中升级 - iini - 博客园 (cnblogs.com)

整体升级流程：

1、生成秘钥

2、生成BootLoader程序（需要算法库和秘钥）

3、生成带DFU——OTA（基于蓝牙方式）的APP工程

4、合成初始的固件、并下载到相应的硬件

5、生成需要更新的APP固件

6、合成升级包固件，一般为ZIP文件。

7、利用手机端的官方APP——nrf connect连接设备并上传升级固件

特别注意，在升级时不同的芯片有许多细节问题，可能导致升级不成功，大部分都已经以错误解决的方式进行了记录（文中标红部分），如果你发现你升级不成功，请先参看这些解决方案，一般都会得到解决，如果在官方SDK没有你使用芯片的BootLoader例程，你可以参考后一篇文章（DFU升级——uart/usb方式），在其中也列举了一些关于DFU时可能遇到的错误，如果在本文中没，可以转到该文章进行参考，说不定 就解决了。

本次测试采用的第官方DK版，是兼容SDK程序的，如果你在测试时是用自己的板子，那么可能由于LED灯按键等引脚的外部电路连接不同，导致程序中相关函数的发回值不正确（在官方例程中基本所有函数都有返回值，并会对返回值进行检查，如果不成功会进入错误中断），当发生错误时，无法正常运行，那么请去注释掉相关点亮LED或者按键判断的函数，在去进行测试。

一、秘钥生成

在开发环境搭建完毕后，新建一个文件夹DFU（任意命名），在DFU中生成秘钥，打开新建文件夹后，按住Shift键2秒左右单击右键选择powershell窗口，运行下面两条命令生成私钥和秘钥（必须保存好，后期升级都要用到）。

• 私钥生成命令：nrfutil keys generate priv.pem （priv.pem就是私钥）
• 公钥生成命令：nrfutil keys display --key pk --format code priv.pem --out_file dfu_public_key.c （dfu_public_key.c就是公钥）

运行完毕后生成了如下两个秘钥文件：

二、算法库生成（micro-ecc算法库）——这算法库只需要生成一次就行。

官方的sdk从12.0开始，采取bootloader升级会先验证固件的签名，应用程序和bootloader的验证签名一致才能后续继续升级；反之失败。官方加入密匙验证的校验，需要添加算法校验lib来生成对应的key。

2.1、算法库生成环境

请参看如下连接：详解蓝牙空中升级(BLE OTA)原理与步骤 - iini - 博客园 (cnblogs.com)。在环境正确的前提下，我们打开SDK的如下目录：external\micro-ecc，可以看到如下文件和一个.bat的文件，我们只需要双击运行他就行。会自动生成算法库文件lib文件。

2.2、打开build_all.bat文件如下：

可以看到，这个文件中需要去到github上获取一个算法文件，所以需要保证你的网络良好。

（当然如果你有这个文件那么可以不用去加载，但是要把这文件放到external\micro-ecc目录下，然后可以注释掉如下图红框中的几个指令）

然后就可以运行一下build_all.bat脚本了。

2.3、问题解决：

有时候如果你原本使用的是SDK17，但是有需要用到其余版本SDK，如SDK15版本做DFU，这时在执行前面的过程中，发现怎么都不能在相应的工具链目录中生产.lib文件；如下图所示选择keil生成nrf52的.lib文件，在目录：external\micro-ecc\nrf52nf_keil\armgcc 下查看，运行build_all.bat并没有生如图所示.lib文件。

这个时候你可以进行如下几个操作，任选其一就行：

①、在你的cmd命令窗口中定位到external\micro-ecc目录去执行一下build_all.bat中的命令（复制粘贴运行就行），

②、或者在external\micro-ecc中按住键盘shift键后2s点击鼠标右键，在选项框中打开PowerShell窗口运行build_all.bat中的指令。

③、又或者打开build_all.bat脚本，在后面加入pause保持在运行，不要让其运行后就关闭。

运行之后，可以查看到如下报错，找不到相关工具链需要的文件，我测试的版本是缺少7 2018-q2-update文件（各位读者缺少的可能是其余文件），且查看相关报错提示的目录C:/Program Files (x86)/GNU Tools ARM Embedded下没有这个版本。

这个时候我可以去下载提示缺少的GCC编译文件，如果找不到，那么我们可以选择原本有的进行使用，那这种方式怎么做呢？

解决方式：

第一步：在编译生成.lib文件失败的SDK中的components\toolchain\gcc 目录下，有下面几个文件，由于我PC机是windows，所以我打开Makefile.windows。

第二步：更改，可以看到，这个文件确定生成.lib库时使用的gcc版本，我只要更改了和我原本SDK使用相同的版本就行，可以在相同的目录下去查看版本号，或者直接根据你的安装的版本去更改，

完成以上步骤，后直接运行build_all.bat 后在打开external\micro-ecc\nrf52nf_keil\armgcc  可以看到已经生成了.lib的库文件。

三、bootloade程序生成

3.1、公钥替换

把第一步生成的dfu_public_key.c替换SDK包examples\dfu路径下的自带公钥，然后打开examples\dfu\secure_bootloader目录，选择你的芯片和想要的升级方式，以及是否包括debug功能的BootLoader程序，并编译运行。芯片和SDK包对照如下表：

3.2、编译以及错误解决（uECC.h错误）

在打开的工程中如果编译后有下列错误出现，说明你SDK中没有算法库存在（继续去确定第二点SDK中的算法库是否有生成并存在）：

关于这问题，上面的第二点说过算法库是需要生成一次，但是为什么你以前有升级成功，经过一段时间后想要再次跑升级包生成流程还是出现这个问题呢，原因可能是你上使用SDK包和这个SDK包可能不一样了，你下载了新版本的SDK包，或者从新解压过一个SDK包覆盖了原本那个。这时你需要从新去生成算法库文件。

如果编译没有报错，那么我们就找到生成的.hex文件，把它放到DFU文件夹中，重命名一下，可以直接复制粘贴脚本生成相应文件，也可以自己定义，记住更改名字后在执行脚本命令名字要对应。

四、APP程序生成

编译application代码。这一步如果仅仅是进行测试：那么我们可以直接用例程中的带有DFU的蓝牙例程进行测试，但是实际开发中如果有自己的工程，那么就需要去移植DFU功能，移植方式看官方中文博客，路径如下：详解蓝牙空中升级(BLE OTA)原理与步骤 - iini - 博客园 (cnblogs.com)

4.1、官方DFU例程

如果仅仅只是测试那么在SDK中有一个专门的例程是已经添加了DFU蓝牙服务工程，直接编译例程即可，但是在其中只有52810,52811,52832,52840的工程的例程：

SDK根目录 \examples\ble_peripheral\ble_app_buttonless_dfu\pca10040\s132\arm5_no_packs，将生成的hex文件改名为：app.hex   ，放入DFU文件夹。

4.2、自定义DFU工程添加

如你使用的芯片不是这几个型号，那么就没有测试例程，只能自己添加例程，下面我就以52820为例进行例程添加（参资料考：详解蓝牙空中升级(BLE OTA)原理与步骤 - iini - 博客园 (cnblogs.com) ）

1）、选择例程：由于一般开发都是基于从机的透传例程进行开发所以我们选项目录examples\ble_peripheral\ble_app_uart下的工程进行添加，这个例程下的板子也是最全的

2）、在NUS（透传例程）添加一个DFU服务

　　第一步：.c文件和.h头文件路径 添加

　　在工程中新建一个DFU文件，添加四个.c文件（路径：components\ble\ble_services\ble_dfu 和 components\libraries\bootloader\dfu）

　　添加如下四个头文件路径：

　　

　　第二步：添加全局宏定义

DFU_ADD DEBUG BL_SETTINGS_ACCESS_ONLY NRF_DFU_SVCI_ENABLED NRF_DFU_TRANSPORT_BLE=1 

　　添加后如图所示：

　　

3）、 修改sdk_config.h文件

　　第一步：使能DFU模块，就是修改sdk_config.h中的宏定义　　

#define BLE_DFU_ENABLED 1
#define NRF_DFU_BLE_BUTTONLESS_SUPPORTS_BONDS 0

　　第二步：由于我们需要添加一个服务，所以ATT table size也要变大，同时增加一个DUF的UUID，原本只有NUS服务,所以UUID为1，增加一个变为2

#define NRF_SDH_BLE_GATTS_ATTR_TAB_SIZE 1600
#define NRF_SDH_BLE_VS_UUID_COUNT 2

　　添加修改如下图：绿色框处为修改后的值。

　　

　　第三步：预留足够的RAM空间给蓝牙服务建立运行

　　由于我们添加了一个服务，增大了ATT table size的大小，那么原本预留个蓝牙服务建立运行的RAM空间就不够啦，所以我们要修改APP在RAM的运行起始地址(增大)，在RAM前面流程足够的　　　　RAM空间给到蓝牙服务进行缓冲，同时需要注意的是每一块芯片的RAM是不同的，需要在设置时需要根据芯片的RAM大小去对应Size的参数，如下为nrf52820的修改

　　

　　由于nrf52820的RAM为8000在图中红框柱部分相加为8000，如果正在实际使用中RTT报错为存储空间不够（报错打印为4）如4.3所示的错误，那也请来调整第二步和第三步的大小。很大概率就解决了。

4)、代码添加

　　第一步：头文件添加，在main.c中加入头文件

#ifdef DUF_ADD

#include "ble_dfu.h"
#include "nrf_bootloader_info.h"
#include "nrf_power.h"
#endif

　　第二步：然后在services_init()中添加ble dfu服务

#ifdef DUF_ADD
ble_dfu_buttonless_init_t dfus_init = {0};
dfus_init.evt_handler = ble_dfu_evt_handler;
err_code = ble_dfu_buttonless_init(&dfus_init);
APP_ERROR_CHECK(err_code);
#endif

　　添加后如下图所示，（ble_dfu_evt_handler为DFU回调函数）

　　

　　并在函数前添加如下代码（在DFU回调中你还可以加入一些你需要的其余处理）：

#ifdef DUF_ADD
 1 static void disconnect(uint16_t conn_handle, void * p_context)
 2 {
 3     UNUSED_PARAMETER(p_context);
 4
 5     ret_code_t err_code = sd_ble_gap_disconnect(conn_handle, BLE_HCI_REMOTE_USER_TERMINATED_CONNECTION);
 6     if (err_code != NRF_SUCCESS)
 7     {
 8         NRF_LOG_WARNING("Failed to disconnect connection. Connection handle: %d Error: %d", conn_handle, err_code);
 9     }
10     else
11     {
12         NRF_LOG_DEBUG("Disconnected connection handle %d", conn_handle);
13     }
14 }
15
16 static void advertising_config_get(ble_adv_modes_config_t * p_config)
17 {
18     memset(p_config, 0, sizeof(ble_adv_modes_config_t));
19
20     p_config->ble_adv_fast_enabled  = true;
21     p_config->ble_adv_fast_interval = APP_ADV_INTERVAL;
22     p_config->ble_adv_fast_timeout  = APP_ADV_DURATION;
23 }
24
25 static void ble_dfu_evt_handler(ble_dfu_buttonless_evt_type_t event)
26 {
27     switch (event)
28     {
29         case BLE_DFU_EVT_BOOTLOADER_ENTER_PREPARE:
30         {
31             NRF_LOG_INFO("Device is preparing to enter bootloader mode.");
32
33             // Prevent device from advertising on disconnect.
34             ble_adv_modes_config_t config;
35             advertising_config_get(&config);
36             config.ble_adv_on_disconnect_disabled = true;
37             ble_advertising_modes_config_set(&m_advertising, &config);
38
39             // Disconnect all other bonded devices that currently are connected.
40             // This is required to receive a service changed indication
41             // on bootup after a successful (or aborted) Device Firmware Update.
42             uint32_t conn_count = ble_conn_state_for_each_connected(disconnect, NULL);
43             NRF_LOG_INFO("Disconnected %d links.", conn_count);
44             break;
45         }
46
47         case BLE_DFU_EVT_BOOTLOADER_ENTER:
48             // YOUR_JOB: Write app-specific unwritten data to FLASH, control finalization of this
49             //           by delaying reset by reporting false in app_shutdown_handler
50             NRF_LOG_INFO("Device will enter bootloader mode.");
51             break;
52
53         case BLE_DFU_EVT_BOOTLOADER_ENTER_FAILED:
54             NRF_LOG_ERROR("Request to enter bootloader mode failed asynchroneously.");
55             // YOUR_JOB: Take corrective measures to resolve the issue
56             //           like calling APP_ERROR_CHECK to reset the device.
57             break;
58
59         case BLE_DFU_EVT_RESPONSE_SEND_ERROR:
60             NRF_LOG_ERROR("Request to send a response to client failed.");
61             // YOUR_JOB: Take corrective measures to resolve the issue
62             //           like calling APP_ERROR_CHECK to reset the device.
63             APP_ERROR_CHECK(false);
64             break;
65
66         default:
67             NRF_LOG_ERROR("Unknown event from ble_dfu_buttonless.");
68             break;
69     }
70 }
#endif

　　在main()函数的最前面加入修改BootLoader广播名字的代码，（由于iOS DFU的时候默认就会去改广播名字，为了兼容iOS）：

#if DFU_ADD
uint32_t err_code;
err_code = ble_dfu_buttonless_async_svci_init();
APP_ERROR_CHECK(err_code);
#endif

　　添加完成，我们编译生成hex文件，将生成的hex文件改名为：app.hex   ，放入DFU文件夹。

4.3、错误解决：

实际工程添加中，你可能会出现出现无法运行的情况，那是由于我以52820为例添加的DFU例程，但是如果你采用其余芯片，可能导致留给协议栈的RAM空间并不够，所以你在发现第6步烧写原始固件后无法找到蓝牙广播，那请打开你的RTT，看是否有提示你RAM空间不够的错误，如果有该提示，请按照4.2中的方式去调整RAM的大小，如提示有2BA8，增大到2BB8。特别注意，如果没有RTT打印，请多次连接一下，我们的官方例程都是自带RTT打印的，如果没有，可能没有连接正确。

五、生成BootLoader settings page

采用官方博客中说的版本2方式生成settings.hex文件。命令如下：（如果文件中没有按照脚本中的方式命名，请根据自己生成的文件名进行更改）

nrfutil settings generate --family NRF52 --application app.hex --application-version 1 --bootloader-version 1 --bl-settings-version 2 settings.hex

六、原始固件烧写

这一步就是我们一个项目开发完成后，把要写到出厂产品的中固件烧写到芯片中，后期如果有需求需要去做APP升级，那么就可以通过DFU的方式升级了。

如中文博客中的方式一样运行后续的命令：

6.1、固件合成

将上文生成的3个hex文件和softdevice hex文件merge成一个文件，然后通过nrfjprog或者nRF Connect桌面版进行烧写，相关命令如后续所示：

6.1.1、复制一个协议栈文件（softdevice hex）到DFU文件目录下，我们可以打开SDK如下目录：components\softdevice 这里有各种版本的协议栈，当然我上面编译的APP工程协议栈栈为112的6.1.1版本，如下图所示，那么就打开找到相同名的hex文件复制到DFU目录下。

这时我们的DFU目录下有了以下这些文件：

开始合并hex文件，脚本命令：

mergehex --merge bootloader.hex settings.hex --output bl_temp.hex
mergehex --merge bl_temp.hex app.hex s112_nrf52_6.1.1_softdevice.hex --output whole.hex

6.2、烧写固件

烧写hex文件命令（以nrfjprog为例），也可以用nRF connect（如果没有nRF connect请参看中文博客开发环境搭建篇进行环境搭建）：

nrfjprog --eraseall -f NRF52
nrfjprog --program whole.hex --verify -f NRF52
nrfjprog --reset -f NRF52

6.3、错误解决

错误1:

在使用一些版本的SDK进行DFU升级时，如果在合成安装包后，在烧写阶段出现如下错误（以nrf52810为例）：

命令行方式：数据位域有效区域外，或者有效区域没有数据。

J-flash方式：不符合所选闪存扇区或不符合程序目标

然后查看生成的whole.hex文件，发现BootLoader的数据在地址0007 F000开始的地址，如下图所示，但是对于有些芯片（如nrf52810）flash只到60000，显然对于该芯片这个地址已经超过了FLASH的是存储容量，所以在烧写的时候会报错，那是因为合成的最终HEX固件已经超过了flash的容量。

问题解决：

在生成settings.hex文件时，更改一下生成命令：

原来的生成命令如下（执行后，默认开始地址为nrf52832的地址），也就是0x0007F000：

nrfutil settings generate --family NRF52 --application app.hex --application-version 1 --bootloader-version 1 --bl-settings-version 2 settings.hex

但是我们工程中BootLoader的地址为0x0002F000（对于nrf52810）

针对于这个问题，只要修改一下生成BootLoader文件的指令即可：如下为nrf52810的，那如果是其余系列的芯片有相关问题，解决方式一样，在生成BootLoader时把默认的NRF52，改为NRF52xxx即可。

 nrfutil settings generate --family NRF52810 --application app.hex --application-version 1 --bootloader-version 1 --bl-settings-version 2 settings.hex

命令执行后可以看到执行情况如下，开始地址已经变为和工程中一样适用于nrf52810的地址，然后在去下载就不会报错了。

针对以上这类问题，如你发现在下载时使用6.2所列出的烧写命令居然不能进行烧写，那么你可以尝试把nrf52改为nrf52xxx（对应的芯片型号）进行测试，说不定就烧写成功了。

特别注意：针对该问题总结一下替换命令：

setting.hex生成命令	对应芯片型号
NRF51	nrf51系列芯片
NRF52810	nrf52810
NRF52QFAB	nrf52820
NRF52	nrf52832、nrf52833
NRF52840	nrf52840

错误2：

如果你自己打板，在经过上面的步骤后发现固件无法运行，手机设备搜索不到APP中设置的名字，只能搜索到BootLoader中的名字，那说明程序没有正确跳转到APP端，这样就算升级后，也依然无法跳转APP执行，这是由于BootLoader程序中选择了需要按键确认跳转的方式，而你自己的硬件并没有设计该按键，导致程序一开始执行，就由于GPIO口电平不正确，错误判断直接进去到DFU模式（程序运行在BootLoader中），无法正确跳转到APP，去执行正确的升级流程。

解决方式：在编译BootLoader时，更改如下宏定义——取消勾选，这样就可以正确跳转APP，进行升级了。

6.4 下载固件到芯片后可以用nRF connect手机版搜索到我们的设备，连接后有如图所示的界面，可以看到右上角有一个DFU的图标，说明我们的原始固件具有了DUF（OTA方式）功能。

七、固件升级

7.1、新固件升级包合成

如果要进行新固件的升级，那么就需要准备好一个.zip升级包，然后在利用手机APP进行升级。那这个.zip如何进行生成呢？下面我们就来一步一步的的进行，

7.1.1、生成新的APP程序

因为我这是做测试，就只改变一下设备的名字，把名字改为“Nordic_DFU_NEW”，然后编译工程，找到新生成的HEX文件复制到我们的DFU文件夹，重命名为app_new.hex；

7.1.2、确定协议栈版本号

在SDK的components\softdevice目录下，有各个版本协议栈的资料，我们根据自己使用的版本来选择确定值，我使用的是s112的版本，所以在如下目录下components\softdevice\s112\doc有一个PDF文档，我们打开该文档，可以看到如图所示的协议栈版本号：

所以在如下命令中我使用的协议栈版本号，要设置为00B8，所以在开发自己的DFU例程时，要根据使用的协议栈去确定生成.zip 升级包命令中的协助栈版本号是什么，如果出错，你 会发现，不管怎么升级，你的新固件都是无法升级成功并运行的。

7.1.3、升级包合成

升级包生成命令如下，请修改版本号为你使用的协议栈版本号：

nrfutil pkg generate --application app_new.hex --application-version 2 --hw-version 52 --sd-req 0x00B8 --key-file priv.pem app_s112_new.zip

运行命令后你会发现在DFU文件夹中生成了一个app_s112_new.zip压缩包，这就是我们要通过手机APP发给我们设备的升级包

7.2、升级

先把7.1步骤生成的固件包上传个手机，然后打开手机APP，我使用的是nordic官方APP（nrf connect），然后连接好设备然后点击DFU的升级标识。

然后在接下来的界面选择ZIP升级方式，然后点击OK。

然后在手机中找到发个手机的ZIP升级压缩包并确定：

接下来你会看到我们的升级界面如下，这里注意一点，升级过程中会从新进行连接，连接后为BootLoader的名称，既如图显示的DFUTARG，请切换为原来的蓝牙NORDIC——UART才能看到升级包传输界面：

升级完成后，复位一下设备，我们重新在手机APP上搜索一下，可以发现蓝牙广播名已经变为我们新固件的名字了：

到此，升级完毕！

7.3、错误解决

有些时候会出现这种情况，在1到6的过程都没有问题，但是还是升级失败，那可能是你APP版本太低，那请去nordic官网下载最新的APP重新安装一下，之后在去重复升级流程。