BLE DFU：Bootloader

Bootloader是DFU的基础设施，DFU的基本流程就是在Bootloader中接收新固件数据并写入Flash，接收完毕后重启跳转并运行新固件。

本文介绍Bootloader的相关内容。

（1）编译micro-ecc

micro-ecc是一个面向嵌入式应用的椭圆曲线签名算法（ECDSA）库，Bootloader的加密模块调用了该库，第一次运行需要先编译micro-ecc的静态库文件。

先安装以下工具，并将程序路径加入系统环境变量。

进入文件夹<sdk>\external\micro-ecc，运行build_all.bat文件，将自动下载micro-ecc的源代码，并生成静态库文件。

使用其他版本的GNU Arm Embedded Toolchain，需要修改<sdk>\components\toolchain\gcc\Makefile.windows。

使用nrfutil命令行工具，分别生成私钥和公钥：

nrfutil keys generate private_key.pem

nrfutil keys display 
    --key pk 
    --format code private_key.pem 
    --out_file dfu_public_key.c

SDK中的Bootloader工程使用了一个临时公钥，我们需要将其替换成自己的公钥。

在DFU的架构中，Bootloader充当DFU Target，手机APP等充当DFU Controller。Controller发出指令（Request），Target给出响应（Response）。

Bootloader实现了一个BLE Server，其中关键Service为：

Attribute	UUID	Type	Property
Secure DFU Service	0xFE59	Service	–
DFU Control Point	8EC90001-F315-4F60-9FB8-838830DAEA50	Characteristic	Notify, Write
DFU Packet	8EC90002-F315-4F60-9FB8-838830DAEA50	Characteristic	Notify, Write no Response

DFU Control Point特征用于接收命令（Write）和返回响应（Notify）。

DFU Packet特征用于接收固件数据，它采用Write without Response属性，以加快接收固件速率。同时使用CRC校验保证数据的可靠性。

DFU开始时，Bootloader先接收init packet，接收完后执行验证，验证通过再接收固件数据，接收完后执行验证，验证通过则将新固件复制到Bank 0，重启运行新固件。

生成升级包时使用了私钥，私钥利用固件的Hash值生成一个签名，这个签名保存在Init Packet中。

Bootloader工程中包含公钥，利用公钥和Init Packet中的签名可以获得一个Hash值，当固件数据接收完毕，也可以计算得到一个Hash值。这两个Hash值一致则表明固件合法。

打开Bootloader工程：<sdk>\examples\dfu\secure_bootloader\pca10040_ble。

在绝大多数情况下，不需要修改Bootloader工程代码。少数时候需要使用CMSIS Configurator，编辑sdk_config.h文件：

查看Bootloader的main函数，发现其内容极其简单，核心代码只有两行：

mian() {
    nrf_bootloader_init();
    nrf_bootloader_app_start();
}

nrf_bootloader_init()用来接收新固件的数据，并写入Flash。该函数中有个死循环，在固件接收完之前，不会往后运行，即使断电重启，仍然回到该函数中运行。

nrf_bootloader_app_start()用来跳转进入应用程序。

如果使用Keil/IAR开发Bootloader，不可以通过IDE直接下载，需要通过nrfjprog命令行工具来下载，命令为：

nrfjprog --program bootloader.hex

（完）

April 14, 2018

isyq