nrf52810 DFU OTA学习记录

[giraffe]

nrf528xx是Nordic的一个低功耗蓝牙(ble)芯片系列，在比它早期的芯片都是用Cortex-M0的内核，而这个系列用的是Cortex-M4，性能（尤其是浮点运算）提升了一大截。该芯片支持Bluetooth5，并且有mesh的SDK，资料丰富，感觉拿来学习ble非常棒。
DFU OTA，Device Firmware Upgrade Over The Air，即无线固件升级，下面基于官方例程来在自己的app上实现DFU，其中升级包采用ECDSA算法签名，以保证文件源正确。
下面是学习过程的一些记录：

一. 环境搭建、跑SKD12例程

1. 总结了一下，整套流程是这样走的，加上安全认证有些复杂，关键的问题是要实现bootloader

D:\xiaoan\MC3A\DFU\过程\1531818394085.png)

2. 直接编译bootloader会出现两个错误:

   ​ 1) 缺少公钥

   ​ 2）缺少uecc.h（缺少ecc库）

3. 安装mingw，Minimalist GNU For Windows 是一个编译套件，包括了C/C++ gcc编译工具

   1）下载：https://sourceforge.net/projects/mingw/files/

   2）下载好后到 【C:\MinGW\bin 】目录下将【mingw32-make.exe】 重命名为【make.exe】

   3）在【系统环境变量】 Path中添加：【C:\MinGW\bin】

4）测试：命令行下输入 【make -v】则会出现版本信息，如下：

4. 安装GCC compiler toolchain for ARM，用来为Cortex-M and Cortex-R family 编译程序的交叉编译工具链，结合mingw使用，为了编译micro-ecc

   ​ 1）下载：【https://developer.arm.com/open-source/gnu-toolchain/gnu-rm/downloads】

   ​ 2）安装：没什么说的，打开直接装就行

   ​ 3）用编辑器打开【\nRF5_SDK_12.3.0_d7731ad\components\toolchain\gcc\Makefile.windows】修改GNU_INSTALL_ROOT为刚才安装的路径，我这里是【C:/Program Files (x86)/GNU Tools Arm Embedded/7 2018-q2-update】，后面我们编译mico-ecc时候用的是

5. 编译micro-ecc

   ​ 1）下载：【https://github.com/kmackay/micro-ecc】

   ​ 2）放到bootloader工程的指定路径：将【micro-ecc.zip】中的【micro-ecc-master】解压到【\nRF5_SDK_12.3.0_d7731ad\external\micro-ecc】目录下并修改文件夹名称为【micro-ecc】

​ 3）在【\nRF5_SDK_12.3.0_d7731ad\external\micro-ecc\nrf52_keil\armgcc】目录下打开命令行，输入【make】，进行编译，生成【micro_ecc_lib_nrf52.lib】

6. 此时如果在keil中再编译bootloader，则会看到之前报的缺少uecc.h的error没了，下面解决另一个error

7. 如果没有python环境，则先装好python（一定用2.x，我这里是3.6.3，后面会遇到问题），安装好后在命令行里运行【python --version】会打印版本信息

8. 安装nrfutil.exe，这是nrf为dfu专门做的工具包，用来生成公钥/密钥和打包在线升级app

   ​ 1）在命令行里输入【pip install nrfutil】就行了，安装好后输入【nrfutil version】 ，会打印版本信息

​ 2）下面要产生密钥，命令行输入【nrfutil.exe keys generate path\private.key】 这里的path随便找个位置，等下密钥会生成在这里。如果用3.x，会出现报错信息

​ 4）命令行输入 【nrfutil keys display --key pk --format code path\private.key --out_file path\public_key.c】生成公钥，将.c文件改名为【dfu_public_key.c】并替换掉【\examples\dfu\bootloader_secure】下的原文件

9. 重新编译bootloader，终于通过了...

10. 下一步要使用nrfutil.exe工具生成用于更新的zip文件，该文件要包括app和密钥，把application.hex和private.key放在同一个目录下，在次目录中打开命令行，运行：

    【nrfutil pkg generate --hw-version 52 --application-version 1 --application application.hex --sd-req0x8C --key-file private.key cc_Dfu12.2.zip】

11. 先烧softdevice,，再烧bootloader，可以扫描到蓝牙【DfuTarg】最后把zip通过手机app更新，重启跑进新的app。

二. SDK15 S132 boot例程移植到 S112，跑在NRF52810上

1. S112是基于S132进行优化过的版本，nrf52832Flash大小512k，RAM64k，S132协议栈占用152kB，而S112只占了100kB，nrf52810的Flash大小是192k，RAM大小24k；我们的app有50k+，所以只能用S112
2. 协议栈更新详细说明在【\components\softdevice\s112\doc\s112_nrf52_6.0.0_migration-document.pdf】里全都有，我们也是根据这个来移植boot
3. 打开【\examples\dfu\secure_bootloader\pca10040_ble\arm5_no_packs】boot例程
4. 首先修改工程头文件路径，改成112的

5. 全局宏定义NRF52832_XXAA 改为NRF52810_XXAA，器件类型也修改为NRF52810_XXAA

6. 打开nrf.h，默认NRF52是定义成NRF52832_XXAA了，这样就同时定义了32和10，会有问题。把定义修改如下：
   

7. 编译，因为S112和S132不完全兼容，会出现一些宏定义/结构体之类的问题，一个一个解决，可以参考s112_nrf52_6.0.0_migration-document.pdf

8. FLASH结构设计如下：

​ 这样预留给APP 60kB空间，其中最后4k用于存放用户配置、语音文件等。

​ 所以我们FLASH配置如下：

项目	起始地址	大小
SD112	0x00000	0x19000
USER_APP	0x19000	0xE000
USER_DATA	0x27000	0x1000
BOOT_LOADER	0x28000	0x8000

​ 实际上，这些东西还能再细分的，具体可以参考【S112_SDS_v2.0.pdf】中sector12：

​ RAM的话，sd和app的堆栈区是共享的，可以参考【S112_SDS_v2.0.pdf】中sector14，但是我没找到S112的SoftDevice RAM consumption具体是多少。实际测最少需要9k，BOOTLOADER实际上也算是一个APP，我们APP和BOOTLOADER的RAM配置都给sd留9k，其余自己用。

​ APP keil配置例如下：

三. 由APP返回boot

1. 参考【\examples\ble_peripheral\ble_app_buttonless_dfu】例程序，只需要移植 ble_dfu_buttonless_bootloader_start_finalize(void) 和 nrf_dfu_svci_vector_table_set(void) 函数即可，可以从APP进入BOOT。

2. 原理可以查看文档【S112_SDS_v2.0.pdf】中sector12.2 ：

​ 也就是说，如果有BOOTLOADER存在的话， UICR.NRFFW[0]中存放的就是BOOT的向量表（否则是0xFFFFFFFF），通过sd_softdevice_vector_table_base_set(uint32_t address)函数可以设置从哪个地址启动。

3. 整个系统流程：

​ 首先得知道，MBR = Master Boot Record，硬件中断只会到达这里，经过MBR的中断源，一部分在softdevice处理，一部分在app处理，这取决于sd占用了哪些资源，剩余的都到app中触发了。
​ 所以问题的关键在怎么切换MBR—app/boot的部分，我只知道用sd_softdevice_vector_table_base_set就行了，但是这个函数没有提供源码，没找到具体是怎么实现的

​ 然后有个很有意思的东西，没弄明白，留在最后