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STM32高级开发——使用DFU方案

李肖遥

发布于 2022-12-22 02:47:47

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素材来源：https://blog.csdn.net/zhengyangliu123/article/details/78788815

整理：技术让梦想更伟大 | 李肖遥

什么是 DFU

DFU全称为Device Firmware update，是ST官方推出的一个通过USB接口进行IAP升级的方案，同串口ISP一样，他们都集成在了芯片内部的Bootloader区段，可以通过配置boot引脚来启动。（具体可参照ST文档：AN2606）。不过内置DFU的芯片大部分型号都比较新，如果你用的型号没有内置DFU程序，没关系我们也可以通过CubeMX来快速生成和移植一个DFU功能程序到你的Flash中来使用。

DFU方案完整的组件包括单片机DFU Demo代码、PC端升级程序、PC端Demo代码以及相关资料手册等。通过使用DFU方案，我们可以快速的集成升级功能到开发的产品中，同时还能够快速的开发与之配套的升级程序。

使用CubeMX生成初始工程

由于官方提供的DFU例程并不多，我们很难找到现成的可已使用DFU程序，但是通过CubeMX我们可以很快速的配置和生成DFU的Bootloader，下面我们正式开始。

新建CubeMX工程首先选定好IC的型号，进入配置界面，由于只是Bootloader代码所以这里我们只需要配置USB功能和一个做Bootloader触发的引脚就可，其余的时钟等部分一切按照正常方式配置。
设置USB引脚功能设定USB模式为Device（HS还是FS并不影响DFU的功能，按照应用选择就可）。

开启DFU组件在MiddleWares中加入USB DFU组件

设置DFU参数开启DFU组件后，CubeMX的程序设置窗口的MiddleWares中就会出现DFU程序设置按钮。

点开它将APP加载的地址改为0x0800_c000，这个加载地址根据你实际的应用设置，目前我们选择让flash的前三个sector为Bootloader的区域。

第二个全是字段的参数是用来在DFU连接升级软件式传输给软件用来获取Flash结构字符串数据，很好理解这个小协议的内容，点击设置后，下方的CubeMX的参数说明也写的很清晰，这里就不多说了。当然这些参数也在工程生成后在 usbd_conf.h 和 usbd_dfu_if.c 文件中修改。

最后的设置最后我们添加一个外部的按键作为触发单片机启动时进入DFU的方式，按键按下后就启动DFU模式，否则直接加载后方APP程序，这里选用PA0引脚，给它设置个User Label 就叫 USER_BTN_GPIO_Port。

修改补全工程

实现 DFU 功能代码

打开 src 目录下的 usbd_dfu_if.c 文件补全其中的功能代码

Flash 解锁

uint16_t MEM_If_Init_HS(void)
{
    HAL_FLASH_Unlock();
    return (USBD_OK);
}

Flash 上锁

uint16_t MEM_If_DeInit_HS(void)
{
    HAL_FLASH_Lock();
    return (USBD_OK);
}

Flash 擦除

static uint32_t GetSector(uint32_t Address)
{
     uint32_t sector = 0;

     if ((Address < ADDR_FLASH_SECTOR_1) && (Address >= ADDR_FLASH_SECTOR_0))
     {
        sector = FLASH_SECTOR_0;
     }

     ......

      }
      else if ((Address < ADDR_FLASH_SECTOR_23) && (Address >= ADDR_FLASH_SECTOR_22))
      {
        sector = FLASH_SECTOR_22;
      }
      else
      {
        sector = FLASH_SECTOR_23;
      }
      return sector;
    }

    uint16_t MEM_If_Erase_HS(uint32_t Add)
    {
      uint32_t startsector = 0;
      uint32_t sectornb = 0;
      /* Variable contains Flash operation status */
      HAL_StatusTypeDef status;
      FLASH_EraseInitTypeDef eraseinitstruct;

      /* Get the number of sector */
      startsector = GetSector(Add);

      eraseinitstruct.TypeErase = FLASH_TYPEERASE_SECTORS;
      eraseinitstruct.VoltageRange = FLASH_VOLTAGE_RANGE_3;
      eraseinitstruct.Sector = startsector;
      eraseinitstruct.NbSectors = 1;
      status = HAL_FLASHEx_Erase(&eraseinitstruct, &sectornb);

      if (status != HAL_OK)
      {
        return (USBD_FAIL);
      }
      return (USBD_OK);
}

Flash 写入

uint16_t MEM_If_Write_HS(uint8_t *src, uint8_t *dest, uint32_t Len)
{
    uint32_t i = 0;

    for (i = 0; i < Len; i += 4)
    {
        /* Device voltage range supposed to be [2.7V to 3.6V], the operation will
       be done by byte */
        if (HAL_FLASH_Program(FLASH_TYPEPROGRAM_WORD, (uint32_t)(dest + i), *(uint32_t *)(src + i)) == HAL_OK)
        {
          /* Check the written value */
          if (*(uint32_t *)(src + i) != *(uint32_t *)(dest + i))
          {
            /* Flash content doesn't match SRAM content */
            return (USBD_FAIL);
          }
        }
        else
        {
          /* Error occurred while writing data in Flash memory */
          return (USBD_FAIL);
        }
    }
    return (USBD_OK);
}

Flash 读取

uint8_t *MEM_If_Read_HS(uint8_t *src, uint8_t *dest, uint32_t Len)
{
      /* Return a valid address to avoid HardFault */
      uint32_t i = 0;
      uint8_t *psrc = src;

      for (i = 0; i < Len; i++)
      {
        dest[i] = *psrc++;
      }
      /* Return a valid address to avoid HardFault */
      return (uint8_t *)(dest);
}

获取 Flash 擦写时间参数

uint16_t MEM_If_GetStatus_HS(uint32_t Add, uint8_t Cmd, uint8_t *buffer)
{
      /* USER CODE BEGIN 11 */
      uint16_t time;

      time = TimingTable[GetSector(Add)];

      switch (Cmd)
      {
      case DFU_MEDIA_PROGRAM:
        buffer[1] = (uint8_t)time;
        buffer[2] = (uint8_t)(time << 8);
        buffer[3] = 0;
        break;

          case DFU_MEDIA_ERASE:
          default:
        buffer[1] = (uint8_t)time;
        buffer[2] = (uint8_t)(time << 8);
        buffer[3] = 0;
        break;
      }
      return (USBD_OK);
      /* USER CODE END 11 */
}

usbd_dfu_if.h 文件添加的宏定义

/* Define flash address */
// BLANK 1

#define ADDR_FLASH_SECTOR_0 0x08000000


#define ADDR_FLASH_SECTOR_1 0x08004000


#define ADDR_FLASH_SECTOR_2 0x08008000


#define ADDR_FLASH_SECTOR_3 0x0800C000


#define ADDR_FLASH_SECTOR_4 0x08010000


#define ADDR_FLASH_SECTOR_5 0x08020000


#define ADDR_FLASH_SECTOR_6 0x08040000


#define ADDR_FLASH_SECTOR_7 0x08060000


#define ADDR_FLASH_SECTOR_8 0x08080000


#define ADDR_FLASH_SECTOR_9 0x080A0000


#define ADDR_FLASH_SECTOR_10 0x080C0000


#define ADDR_FLASH_SECTOR_11 0x080E0000

// BLANK 2

#define ADDR_FLASH_SECTOR_12 0x08100000


#define ADDR_FLASH_SECTOR_13 0x08104000


#define ADDR_FLASH_SECTOR_14 0x08108000


#define ADDR_FLASH_SECTOR_15 0x0810C000


#define ADDR_FLASH_SECTOR_16 0x08110000


#define ADDR_FLASH_SECTOR_17 0x08120000


#define ADDR_FLASH_SECTOR_18 0x08140000


#define ADDR_FLASH_SECTOR_19 0x08160000


#define ADDR_FLASH_SECTOR_20 0x08180000


#define ADDR_FLASH_SECTOR_21 0x081A0000


#define ADDR_FLASH_SECTOR_22 0x081C0000


#define ADDR_FLASH_SECTOR_23 0x081E0000


/* Flash oprate time from datasheet page 128 */

#define FLASH_SECTOR_16KB_WRITE_ERASE_TIME 500       //500 usb frame,means 500ms


#define FLASH_SECTOR_64KB_WRITE_ERASE_TIME 1100


#define FLASH_SECTOR_128KB_WRITE_ERASE_TIME 2000

修改Main文件

首先在main文件前添加几个用于加载APP程序的变量和函数定义

typedef void (*pFunction)(void);

pFunction JumpToApplication;
uint32_t JumpAddress;1234

然后再 main 函数中加入外部按键的判断、APP程序加载以及USB DFU初始化功能

int main(void)
{
      /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
      HAL_Init();

      /* Configure the system clock */
      SystemClock_Config();

      /* Initialize all configured peripherals */
      MX_GPIO_Init();

      if (HAL_GPIO_ReadPin(USER_BTN_GPIO_Port, USER_BTN_Pin) == GPIO_PIN_SET)
      {
        HAL_GPIO_WritePin(GPIOG, LD3_Pin, GPIO_PIN_SET); // For debug
        /* Test if user code is programmed starting from address 0x0800C000 */
        if (((*(__IO uint32_t *)USBD_DFU_APP_DEFAULT_ADD) & 0x2FF80000) == 0x20000000)
        {
          HAL_GPIO_WritePin(GPIOG, LD4_Pin, GPIO_PIN_SET); // For debug
          /* Jump to user application */
          JumpAddress = *(__IO uint32_t *)(USBD_DFU_APP_DEFAULT_ADD + 4);
          JumpToApplication = (pFunction)JumpAddress;

          /* Reset of all peripherals */
          HAL_DeInit();

          /* Set interrupt vector to app code */
          SCB->VTOR = USBD_DFU_APP_DEFAULT_ADD;

          /* Initialize user application's Stack Pointer */
          __set_MSP(*(__IO uint32_t *)USBD_DFU_APP_DEFAULT_ADD);
          JumpToApplication();
        }
      }

      MX_USB_DEVICE_Init();

      while (1)
      {
      }
}

编译程序下载进入单片机

使用DfuSe

从ST官网DfuSe的程序安装包，并安装。然后我们按下之前写的触发按键并复位单片机，让单片机初始 USB DFU 功能，这时如果你插着单片机的USB线，系统应该已经识别了。如果没有右键更新驱动程序，手动指定驱动搜索路径在DfuSe安装目录下的 \Bin\Driver 内。如果直接无法识别USB设备，建议在CubeMx配置完工程后就编译下载测试一下，看看是不是你在移植过程中哪里写错了。

然后我们需要生成一个地址设定在0x0800_c000后的测试程序，就先编写一个 Blink LED 的程序吧，生成bin、hex或S19文件。然后我们打开DfuSe软件的Dfu file manager来生成DFU软件用的.dfu格式的文件。选择第一项，第二个是用来将.dfu反向变换回来的。大概的操作已经标在图片上了，操作比较简单就不做详细介绍了，记得把Address的地址改到偏移后的地址上否则下载会出错，其他参数可以不用修改。

然后我们打开DfuSe程序，在Upgrade中选择生成好的blink.dfu文件，勾选校验功能，下载程序。成功后复位单片机，LED开始闪烁，移植成功。

仔细区看看DfuSe的安装目录，里面有DFU的资料文档，还有DFU的工程源代码，可以用来改写自己需要的DFU升级程序。

参考资料

如何使用CubeMx生成一个DFU工程

ST官网DfuSe

http://www.stmicroelectronics.com.cn/content/st_com/zh/products/development-tools/software-development-tools/stm32-software-development-tools/stm32-programmers/stsw-stm32080.html

‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ END ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧

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