DFU-загрузчик позволяет обновлять прошивку микроконтроллера по USB без JTAG/SWD-программатора. Загрузчик работает в соответствии со спецификацией USB Device Firmware Upgrade Specification, Revision 1.1.

Загрузчик размещается в начале основной FLASH-памяти микроконтроллера и занимает две страницы по 4 кБ, то есть 8 кБ. Это необходимо учитывать при линковке основной (загружаемой) программы. Она должна начинаться с адреса 0x8002000 и занимать до 0x1E000 (122880) байт.

Содержание статьи:
1. Что такое DFU?
2. Описание проекта
3. Механизм работы загрузчика
4. Настройка загрузчика
5. Настройка проекта основной программы
6. Подготовка к работе с DFU-загрузчиком
7. Работа с dfu-util

1. Что такое DFU?

DFU (Device Firmware Upgrade) – механизм обновления встроенного программного обеспечения устройств, поддерживающих USB. Он определяет порядок взаимодействия хоста и устройства при передаче новой версии прошивки и позволяет обновлять ее без подключения внешнего программатора.

Во время обновления устройство временно прекращает выполнять свои основные функции и переходит в режим программирования памяти. Например, устройство, которое в обычном режиме работает как измерительный прибор, на время обновления предоставляет хосту интерфейс для записи новой прошивки.

DFU определяет набор USB-дескрипторов, управляющих запросов и состояний, необходимых для обновления. Хост передает образ прошивки блоками, а устройство записывает их в энергонезависимую память. Упрощенная схема сеанса DFU представлена на рисунке 1.

Для реализации стороны хоста можно использовать утилиту dfu-util, она позволяет обнаруживать подключенные устройства, передавать в них образы прошивок, а также считывать содержимое памяти.


Рисунок 1 – Упрощенная схема сеанса DFU

2. Описание проекта

Структура проекта:

• source/ – основные исходные и заголовочные файлы загрузчика, включая конфигурационные;
• library/ – Библиотеки CMSIS и SPL (версия 1.5.0 от 01.07.2025), некоторые файлы изменены – это необходимо учитывать при переносе проекта или замене библиотеки;
• fw/ – образы загрузчика в формате BIN и HEX, а также бинарный файл прошивки для мигания светодиодом PB7;
• tb/ – скрипты и утилиты для тестирования;
• MDR32FxQI_dfu_uv5/ – проект для IDE Keil uVision 5;
• MDR32FxQI_dfu_IAR/ – проект для IDE IAR Embedded Workbench for ARM;
• MDR32FxQI_dfu_eclipse/ – проект для IDE Eclipse Embedded CDT.

Загрузчик размещается в начале основной FLASH-памяти и занимает две страницы. Для микроконтроллера К1986ВЕ92x размер страницы составляет 4 кБ, поэтому под загрузчик отводится 8 кБ. Основная программа должна начинаться с 0x08002000 и занимать не более 0x1E000 байт (120 кБ). Ограничений на использование RAM загрузчик не накладывает.

При расширении функциональности размер загрузчика может увеличиться. В этом случае под него необходимо выделить целое число страниц FLASH-памяти, достаточное для размещения образа, а затем скорректировать начальный адрес и доступный размер области основной программы.

Архив с загрузчиком содержит исходные файлы и три проекта для следующих сред разработки:

Таблица 1 – Проекты для различных сред разработки

Среда разработки	Каталог проекта
Keil µVision 5	MDR32FxQI_dfu_uv5/
IAR Embedded Workbench for Arm	MDR32FxQI_dfu_IAR/
Eclipse Embedded CDT	MDR32FxQI_dfu_eclipse/

Перед открытием проекта необходимо распаковать архив с сохранением структуры каталогов. Папки source/ и library/ используются проектами совместно, поэтому переносить только каталог выбранной среды разработки отдельно от остальных файлов не следует.

3. Механизм работы загрузчика

При запуске загрузчик переходит в режим обновления прошивки, если выполняется хотя бы одно из следующих условий:

4. Настройка загрузчика

Параметры загрузчика задаются в файле source/dfu_config.h и представлены в таблице 2. Изменения вступают в силу после повторной сборки проекта.

Таблица 2 – Параметры загрузчика

Параметр	Назначение
BOOTLOADER_VERSION_MAJOR	Старшая часть номера версии загрузчика
BOOTLOADER_VERSION_MINOR	Младшая часть номера версии загрузчика
DFU_VID	Идентификатор производителя
DFU_PID	Идентификатор устройства
FINISH_BY_METHOD	0 Загрузчик переходит из состояния DFU_STATE_MANIFEST_SYNC в DFU_STATE_IDLE и ожидает следующих команд. Утилита dfu-util инициирует сброс USB только при наличии ключа -R 1 Загрузчик переходит из состояния DFU_STATE_MANIFEST_SYNC в DFU_STATE_MANIFEST_WAIT_RESET. Утилита dfu-util обнаруживает это состояние и инициирует сброс USB независимо от наличия ключа -R
CAN_WRITE_FW	0  Запись запрещена 1  Запись разрешена
CAN_READ_FW	0  Чтение запрещено  1  Чтение разрешено
DFU_BTN_PORT  DFU_BTN_PIN  DFU_BTN_PCLK	Вывод, опрашиваемый для входа в режим DFU
DFU_BTN_STATE_FOR_DFU	Логический уровень на выводе, при котором активируется режим DFU
DFU_LED_PORT  DFU_LED_PIN  DFU_LED_PCLK	Вывод, к которому подключен светодиод
DFU_LED_ACTIVE_STATE	Логический уровень включения светодиода
DFU_SUPPORT_FOR_INFORMATIONAL_EEPROM	0 Доступна только основная память (Internal FLASH)  1 Доступна основная (Internal FLASH) и информационная память (Internal EEPROM)
BOOTLOADER_SIZE	Размер области FLASH-памяти, выделенной под загрузчик

При объявлении SKIP_EEPROM_CALIB_INFO_PROTECTION в source/MDR32FxQI_config.h отключается реализованная в SPL программная защита сектора A информационной памяти от стирания. В результате становится доступна перезапись всей информационной памяти.
Стирание FLASH-памяти выполняется постранично, поэтому запись даже одного байта в страницу, содержащую калибровочные значения, приведет к их удалению при стирании этой страницы. Перед записью необходимо считать заводские калибровочные значения в файл, объединить их с данными, которые нужно записать в информационную память.

Готовый бинарный файл загрузчика собран со следующими параметрами:
source/dfu_config.h

#define BOOTLOADER_VERSION_MAJOR                1
#define BOOTLOADER_VERSION_MINOR                0
#define DFU_VID                                 0x1209
#define DFU_PID                                 0x2E05
#define FINISH_BY_IDLE                          0
#define FINISH_BY_BUS_RESET                     1
#define FINISH_BY_METHOD                        FINISH_BY_IDLE
#define CAN_WRITE_FW                            1
#define CAN_READ_FW                             1
#define DFU_BTN_PORT                            MDR_PORTB
#define DFU_BTN_PIN                             PORT_Pin_6
#define DFU_BTN_STATE_FOR_DFU                   0
#define DFU_BTN_PCLK                            RST_CLK_PCLK_PORTB
#define DFU_LED_PORT                            MDR_PORTB
#define DFU_LED_PIN                             PORT_Pin_7
#define DFU_LED_ACTIVE_STATE                    1
#define DFU_LED_PCLK                            RST_CLK_PCLK_PORTB
#define DFU_SUPPORT_FOR_INFORMATIONAL_EEPROM    1
#define EEPROM_PAGE_SIZE                        0x00001000
#define BOOTLOADER_SIZE                         (2 * EEPROM_PAGE_SIZE)

source/MDR32FxQI_config.h

//#define SKIP_EEPROM_CALIB_INFO_PROTECTION

5. Настройка проекта основной программы

Для корректной работы программы, загружаемой через DFU-загрузчик необходимо настроить проект так, чтобы код размещался в области памяти, не пересекающейся с загрузчиком.
Если настройки расположения загрузчика в памяти не менялись, то основная (загружаемая) программа должна размещаться следующим образом:

• Начальный адрес FLASH: 0x08002000;
• Размер области основной программы: 0x1E000.

6. Подготовка к работе с DFU-загрузчиком

При подключении устройства в режиме загрузчика к компьютеру под управлением Windows ему автоматически должен назначиться стандартный драйвер WinUSB. Устройство должно появиться в диспетчере устройств (рисунок 6).

Рисунок 6 – Диспетчер устройств

При необходимости драйвер WinUSB можно заменить на libusbK с помощью программы Zadig. Ее можно скачать с сайта https://zadig.akeo.ie/. Программу нужно запустить с правами администратора. В меню «Options» требуется выбрать пункт «List All Devices», после чего отобразятся все устройства, подключенные к ПК. В списке устройств необходимо выбрать Milandr <название_микроконтроллера> in DFU mode, далее выбрать драйвер libusbK и нажать кнопку «Replace Driver» (рисунок 7). По завершении установки драйвера программа отобразит окно с соответствующим сообщением.


Рисунок 7 – Смена драйвера в Zadig
При выборе драйвера следует учитывать, что WinUSB не позволяет инициировать программный сброс на шине USB. Если после обновления прошивки требуется сброс, следует использовать драйвер libusbK.

Для чтения и программирования памяти можно использовать утилиту dfu-util.

7. Работа с dfu-util

Обнаружение устройств в режиме DFU

Для вывода списка подключенных к компьютеру устройств в режиме DFU используется команда:

dfu-util -l

Пример вывода:

dfu-util 0.11

Copyright 2005-2009 Weston Schmidt, Harald Welte and OpenMoko Inc.
Copyright 2010-2021 Tormod Volden and Stefan Schmidt
This program is Free Software and has ABSOLUTELY NO WARRANTY
Please report bugs to http://sourceforge.net/p/dfu-util/tickets/

Found DFU: [1209:2e05] ver=0100, devnum=9, cfg=1, intf=0, path="1-1", alt=1, name="Internal EEPROM", serial="00000001"
Found DFU: [1209:2e05] ver=0100, devnum=9, cfg=1, intf=0, path="1-1", alt=0, name="Internal FLASH", serial="00000001"

При DFU_SUPPORT_FOR_INFORMATIONAL_EEPROM = 1 в выводе dfu-util отображаются два DFU-интерфейса, они относятся к одному устройству и предоставляют доступ к определенной области памяти:

• alt=0, Internal FLASH – основная память;
• alt=1, Internal EEPROM – информационная память.

Программирование FLASH-памяти:

Для записи файла example.bin в основную память микроконтроллера, надо выполнить команду:

dfu-util -a 0 -D example.bin

Параметр -a 0 выбирает интерфейс DFU по его alt-номеру, в данному случае используется Internal FLASH.

Пример вывода:

dfu-util 0.11

Copyright 2005-2009 Weston Schmidt, Harald Welte and OpenMoko Inc.
Copyright 2010-2021 Tormod Volden and Stefan Schmidt
This program is Free Software and has ABSOLUTELY NO WARRANTY
Please report bugs to http://sourceforge.net/p/dfu-util/tickets/

Warning: Invalid DFU suffix signature
A valid DFU suffix will be required in a future dfu-util release
Opening DFU capable USB device...
Device ID 1209:2e05
Device DFU version 0110
Claiming USB DFU Interface...
Setting Alternate Interface #0 ...
Determining device status...
DFU state(2) = dfuIDLE, status(0) = No error condition is present
DFU mode device DFU version 0110
Device returned transfer size 1024
Copying data from PC to DFU device
Download        [=========================] 100%       122880 bytes
Download done.
DFU state(6) = dfuMANIFEST-SYNC, status(0) = No error condition is present
DFU state(6) = dfuMANIFEST-SYNC, status(0) = No error condition is present
DFU state(2) = dfuIDLE, status(0) = No error condition is present
Done!

Чтение FLASH-памяти:

Команда:

dfu-util -a 0 -U flash.bin

Вывод:

dfu-util 0.11

Copyright 2005-2009 Weston Schmidt, Harald Welte and OpenMoko Inc.
Copyright 2010-2021 Tormod Volden and Stefan Schmidt
This program is Free Software and has ABSOLUTELY NO WARRANTY
Please report bugs to http://sourceforge.net/p/dfu-util/tickets/

Opening DFU capable USB device...
Device ID 1209:2e05
Device DFU version 0110
Claiming USB DFU Interface...
Setting Alternate Interface #0 ...
Determining device status...
DFU state(2) = dfuIDLE, status(0) = No error condition is present
DFU mode device DFU version 0110
Device returned transfer size 1024
Copying data from DFU device to PC
Upload  [=========================] 100%       122880 bytes
Upload done.
Received a total of 122880 bytes