Nordic的DFU分析

前面文章分析了OTA的实现架构、协议和存储问题，提到了一个细节，如果使用双程序更新模式，将Flash空间分成上下两部分，如下图所示，那么最后生成的BIN文件为了放在不同的位置，需要生成两份地址不同文件，然后根据芯片的实际使用情况，选择合适的文件进行烧写。

偶然看到一个信息，Nordic做双程升级时候，只需要一个二进制文件，不需要提供两个BIN文件进行选择。Nordic是怎么办到的呢？

内存布局

Nordic芯片的Flash布局图如下：

Flash地址从下向上增长，最底层的MBR（Master Boot Record）区域存放中断向量表的位置。芯片中的Bootloader、SoftDevice和Application都具有自己的向量表，MBR的寄存器UICR.NRFFW[1]指示系统该选择哪一个中断向量表。（参考）

SoftDevice区域存放协议栈。

Application区域存放用户固件程序。

APP Data区域存放用户希望永久保存的数据，比如设备地址等。这块区域在升级过程中也可以保持不被擦写。

DFU Bootloader区域存放Bootloader程序，用以执行升级过程。

更新方案

Nordic提供了三种更新方案，分别是：（参考）

1. 双程DFU
2. 单程DFU
3. 更新BootLoader和SoftDevice

1. 双程DFU

双程DFU方案的操作流程如下：

从左侧图中可以看到Application区域空间分成了两部分：Blank 0和Blank 1。

假如当前的程序放在Blank 0区域，那么新的程序将被复制到Blank 1区域，如中间的图。

大多数芯片厂的DFU过程到这里就结束了，只要通过Bootloader引导MCU进入到新的程序地址即可。这样必然会产生本文开头提到的问题，在升级程序的时候，需要确定旧的程序放置位置。由于生成的BIN文件包含了起始地址信息，这意味着要新的程序要准备两份功能相同、地址不同的BIN文件，按照实际情况选择合适的文件烧写空白区域。

Nordic使用了一个小技巧，即将新的程序（Blank 1）复制到旧的程序空间（Blank 0），这样就是的程序基地址永远在Blank 0，从而解决了上述困难。

由于Flash赋值是一个耗时操作，DFU做起来一定会很慢。仔细观察，会发现双程DFU至少需要执行两次擦除和两次烧写，分别是：

• 烧写Blank 1
• 擦除Blank 0
• 烧写Blank 0
• 擦除Blank 1

疑问：如果在执行右侧图的Flash赋值过程中途，发生了断电，该怎么办？

我猜测应该先将Blank 1的内容复制到Blank 0，当复制完毕校验通过，再擦除Blank 1，结束DFU过程。这样即使在复制中途断电，Blank 1的内容仍然有效，重启后可以重新进行复制操作。读源码应该可以确认这一点。

2. 单程DFU

单程DFU的操作流程如下：

单程DFU就是现将Application区域清空，再将新的程序写入到Application空间的基地址。

这种做法好处是充分利用Application的空间，而且只需要擦除一次，烧写一次，操作时间相对于双程DFU一定会有大幅度降低。

单程DFU的缺点是不能在线更新，因为用户程序需要被擦除，所以一定需要断开连接和重启。

3. BootLoader和SoftDevice

升级BootLoader和SoftDevice的操作流程如下：

这个图乍一看比较复杂。

（1）擦除旧用户程序

（2）将新的Bootloader和SoftDevice写入Application区域

（3）将新的Bootloader和SoftDevice复制到Bootloader和SoftDevice区域

So easy? ——不是的！

并不是每个厂商的芯片都能实现这个功能，因为第（2）步到第（3）步之间，MCU要擦除Bootloader区域，有些BLE厂商的MCU，Bootloader程序是唯一的启动器，Bootloader程序自身是不可以被擦除的，否则MCU无法正常启动。Nordic的芯片存在MBR，利用MBR引导MCU跳转到Bootloader或其他地方。

程序在第（2）步结束时设置MBR的寄存器，让MCU下次启动时候不直接跳转到Bootloader区域，而是跳转到Application区域，执行一个复制操作，将新Bootloader程序和SoftDevice程序复制到各自区域，然后再设置MBR寄存器，让MCU下次重启时候直接跳转到Bootloader区域。

虽然仅仅增加了几行Flash来存放MBR信息，但是对MCU的更新提供了极大的灵活性。

（完）