STM32 OTA应用开发——通过内置DFU实现USB升级（方式1）

前言

什么是OTA？

百度百科：空中下载技术（Over-the-Air Technology; OTA），是通过移动通信的空中接口实现对移动终端设备及SIM卡数据进行远程管理的技术。经过公网多年的应用与发展，已十分成熟，网络运营商通过OTA技术实现SIM卡远程管理，还能提供移动化的新业务下载功能。

实际上，现在我们所说的OTA比百度百科的定义还要更广泛，OTA的形式已经不再局限于手机和SIM卡，只要涉及到远程下载升级程序的方式我们都可以称之为OTA。例如通过4G，5G，WiFI，蓝牙等无线通讯进行下载升级的可以称为OTA，通过U盘，RS485等串行接口进行升级的也可以称之为OTA。

OTA的作用？
OTA的意义在于它在一定程度上突破了距离的限制，在不借助烧录器的情况下完成固件的下载升级，极大的方便了产品的升级和维护，降低售后成本。

什么是BootLoader？

百度百科：在嵌入式操作系统中，BootLoader是在操作系统内核运行之前运行。可以初始化硬件设备、建立内存空间映射图，从而将系统的软硬件环境带到一个合适状态，以便为最终调用操作系统内核准备好正确的环境。在嵌入式系统中，通常并没有像BIOS那样的固件程序（注，有的嵌入式CPU也会内嵌一段短小的启动程序），因此整个系统的加载启动任务就完全由BootLoader来完成。

实际上，BootLoader不仅仅在操作系统上使用，在一些内存小，功能应用较为简单的单片机设备上面也可以通过BootLoader来完成OTA升级。

什么是DFU？

DFU全称为Download 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。

不过STM32内置DFU的型号都比较新，像STM32F4系列是有的，但是像F0和F1系列则没有，不过没有关系，如果你用的型号没有内置DFU程序，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。

使用DFU的优缺点？
使用DFU的好处是不用自己制作Bootloader，因为这部分代码在STM32出厂之前就已经做好并且烧录进去了，而且不占用用户代码的Flash，另外，在PC端我们也不需要专门定制一个上位机，因为官方就有专门的升级Tool以及USB驱动。
缺点是要改变boot引脚的电平，才能启动Bootloader，这样的话在应用场景上就有比较大的限制了。

所以，要根据项目的实际需求去选择合适的方案。

我之前也有发过一些关于STM32远程OTA的文章，实现的方式有很多种，感兴趣的同学可以去看一下。
OTA应用开发系列合集：https://blog.csdn.net/ShenZhen_zixian/article/details/129074047

1 硬件介绍

我这里测试用的是STM32F407。
用到的硬件接口如下：

接口	引脚	作用
USB	PA11 PA12	（必要）通过USB连接PC端，用来传输固件以实现OTA
BOOT	BOOT0 BOOT1	（必要）通过改变boot电平来切换运行模式
串口	PA9	（非必要）通过CH340连接到PC端，打印固件版本号，方便查看升级是否成功
LED	PF9	（非必要）方便查看代码是否跑起来了

BOOT引脚配置对应如下图：

1）主Flash
主Flash起始地址为0x08000000，它指的是STM32内置的Flash，通常我们烧录的代码就是存放在这个位置。
2）系统存储器
系统存储器起始地址为0x1FFF0000，这种模式启动的程序功能是由芯片厂家设置的，STM32在出厂时会这个区域内置一段BootLoader， 也就是我们常说的ISP程序， 这是一块ROM，出厂后无法修改。我们要使用的DFU就是放在这里。
3）嵌入式SRAM
嵌入式SRAM起始地址为0x20000000，既然是SRAM，自然也就没有程序存储的能力了，这个模式一般用于程序调试。假如我只修改了代码中一个小小的 地方，然后就需要重新擦除整个Flash，比较的费时，可以考虑从这个模式启动代码（也就是STM32的内存中），用于快速的程序调试，等程序调试完成后，在将程序下载到SRAM中。

2 环境搭建

2.1 Keil uVsion

关于STM32以及Keil的环境这里就不具体介绍了，网上教程也很多，不懂的同学自行查阅资料。
环境搭建好之后需要准备一个能够正常运行的代码，用来测试我们后面的OTA升级。

2.2 zadig

zadig是用来安装一个USB驱动的，只有安装好这个驱动，后面的升级流程才能正常进行，不然识别不到STM32的USB DFU模式。
这里先下载好软件，后面我们再安装。
下载地址请自行查阅，或者在我上传的链接下载也行。
zadig：https://download.csdn.net/download/ShenZhen_zixian/87570348
注：本文测试的时候，用的是v2.7.7版本。

2.3 STM32CubeProgrammer

这个工具是用来烧录代码的，可以通过ST-Link、UART和USB下载。其中USB下载就是我们今天要讲的DFU模式。
STM32CubeProgrammer官方下载地址：
https://www.st.com/en/development-tools/stm32cubeprog.html

根据自己的操作系统下载对应的安装包，然后直接安装即可。

提示：默认地址C:\Program Files\STM32Cube\STM32CubeProgrammer\bin，如果安装完找不到应用程序的话可以在这个路径找到。

2.4 安装USB驱动

1、让STM32进入系统存储器启动模式
也就是配置BOOT0引脚拉高，BOOT1引脚拉低。
提示：BOOT引脚的状态要在MCU启动之前配置好才能进入对应的模式，可以先配置BOOT引脚再上电，也可以在配置好BOOT引脚之后复位MCU。

2、安装USB驱动
1）把STM32的USB连接到PC端，然后打开前面下载好的zadig，点击Install WCID Driver。
提示：打开zadig之后可能会出现两种情况，第一种是什么设备都没有检测到，第二种是有检测到设备，但是设备不能正常使用。如下图所示。

不管是哪种情况，直接点击安装即可。


等待安装完成。

安装完成后可以在zadig上看到设备。
提示：如果没有看到设备，可以插拔USB，然后重复上面的操作。
另外，如果之前安装过DfuSeDemo驱动（能看到"STM Device in DFU Mode"设备），需要先卸载掉原来的驱动才能用zadig安装新的驱动。


如果前面的驱动安装没有问题，连接上电脑之后可以在设备管理器也能看到一个STM BOOTLOADER设备，而且是没有黄色感叹号的。

3、打开STM32CubeProgrammer
如果驱动和接线都没问题，那么在STM32CubeProgrammer可以看到检测到STM32设备。
提示：如果没有找到设备，请检查前面的步骤。

至此，环境部分就搭建完成了。

3 OTA升级

1、连接USB
把STM32的USB接入到PC端。

在STM32CubeProgrammer上连接设备。此时能读取到芯片的Flash。2、导入hex或bin文件
打开要升级的固件（hex或bin都可以）。

打开后能看到固件存储的数据。

3、下载固件
点击“Download”，下载固件到STM32.

4、重启设备
升级完成后将BOOT模式要改成主Flash模式（BOOT0引脚拉低），然后重新上电或复位，即可运行新版本的代码。

至此，整个升级流程就走完了。

结束语

好了，关于如何通过STM32内置DFU实现USB升级就讲到这里，这种方式虽然限制较多，但在某些应用场景是很方便的，比如SB键盘，不需要自己编写Bootloader和上位机就可以实现OTA，而且官方的升级渠道还稳定。其他应用场景就再另说，合适的才是最好的。
如果你有什么问题或者有更好的方法，欢迎在评论区留言。

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OTA应用开发系列合集：https://blog.csdn.net/ShenZhen_zixian/article/details/129074047