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STM32高级开发——使用DFU方案

作者: 良许 405阅读 0评论

什么是 DFU

DFU（Device Firmware Update）是ST官方推出的一种通过USB接口进行固件升级的方案。与串口ISP类似，DFU和其它功能一样，都集成在芯片的Bootloader区段中，通过配置boot引脚来启动（详细信息请参考ST文档：AN2606）。大部分新型号的芯片都内置了DFU程序，但如果您使用的芯片没有内置DFU程序，也可以通过CubeMX快速生成和移植一个DFU功能程序到您的Flash中。

完整的DFU方案包括单片机DFU示例代码、PC端升级程序、PC端示例代码以及相关资料手册等。通过使用DFU方案，我们可以快速将升级功能集成到开发的产品中，并快速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示例代码并不多，我们很难找到现成可用的DFU程序。但是通过使用CubeMX，我们可以快速配置和生成DFU的Bootloader。以下是具体步骤：

  1. 新建CubeMX工程

    首先选择合适的芯片型号，进入配置界面。由于只是Bootloader代码，所以我们只需要配置USB功能和一个用于启动Bootloader的引脚，其他的时钟等部分按照正常方式配置即可。

  2. 设置USB引脚功能

    将USB模式设置为Device（HS或FS对DFU功能没有影响，可以根据实际需求选择）。

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  1. 开启DFU组件

    在MiddleWares中加入USB DFU组件

    image-20240107200116943
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  2. 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。image-20240107200119908

    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。image-20240107200122885

    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。image-20240107200126174

  3. 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。

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修改补全工程

  1. 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_0))
     {
        sector = FLASH_SECTOR_0;
     }

     ......

      }
      else if ((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, §ornb);

      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 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 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 break;

          case DFU_MEDIA_ERASE:
          default:
        buffer[1] = (uint8_t)time;
        buffer[2] = (uint8_t)(time 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

  2. 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)
      {
      }
}

  3. 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。

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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。

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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。

更多

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。

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作者: 良许

良许，世界500强企业Linux开发工程师，公众号【良许Linux】的作者，全网拥有超30W粉丝。个人标签：创业者，CSDN学院讲师，副业达人，流量玩家，摄影爱好者。
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