STM32無法使用內置Bootloader的DFU方式進行固件升級

一、問題描述

客戶產品中使用STM32F401RB，產品本身已經燒錄固件，並在功能實現上無問題。在想更新固件時，PC軟體無法識別設備，DFU功能失敗。

二、排查步驟

1. 首先檢查USB硬體線路問題。

客戶反饋，本身產品已經有固件，在正常模式下（BOOT0 = 0 ，BOOT1 = 0時）功能完整，USB功能可以正常使用。說明USB線路是正常。

備註：如果沒有現成固件作為測試，可以使用STM32CubeMX工具生成一個HID測試程序代碼來驗證。如果運行正常，說明不是USB線路問題。

打開應用文檔 AN2606-STM32 microcontroller system memory boot mode.pdf，通過此應用文檔可知，不同的 Bootloader 版本可用於固件升級的方式不盡相同，如 4.2 節如下內容：

並且通過表3可以確認，STM32F401RB對應的BID版本以及其支持的Bootloader支持的接口。




在上述可能性都排除外，客戶提出懷疑晶片本身或 Bootloader 燒錄的代碼有問題，於是找出一塊開發板進行 MCU 替換，替換後的結果為 STM32F401RB 在放到開發板上則能正常通過 Bootloader 的 DFU 方式進行固件升級，因此，這就明確排除了晶片本身問題的可能性，因此，只可能是用戶板子外圍電路的問題。


3. 檢查MCU外圍電路

再次回到 AN2606 這個應用文檔，在 29.2節找到 Bootloader 的工作流程圖，如下所示：

通過上圖可知，Bootloader 是依次檢查 USART ->DFU ->I2C -> SPI 的方式，懷疑 Bootloader 程序在 DFU 之前由於某種未知原因是否已經進入到 USART的方式中而一直沒有出來？

為了排除這種可能性，我們針對 USART1 的 RX 腳 PA10，USART2 的 RX 腳 PA3， USART6 的 RX 腳 PC7拉高，I2C 的SDA腳拉高，SPI的MISO腳上拉。結果還是無法檢測到 DFU 設備。

再次回到上圖進行分析，如上圖，若 USART 和 CAN 都沒有檢測到的話，Bootloader 程序會檢測 USB 線是否連接，然後檢測外部 HSE，若 HSE 不存在，則產生系統復位，否則將會重現配置系統主頻到 60M。

由於我們是連著 USB 線且在正常運行模式下 USB 是能正常工作的，因此，這裡檢測 USB 線結果應該是通過的，於是按照程序流程，接下來檢測外部 HSE，若檢測失敗則復位系統。

與是用示波器查看VDD 與 NRST 腳的波形，發現系統在 VDD 上電後有 3 次復位，如此，可以得出 Bootloader 程序在檢測外部 HSE 時結果為失敗，如下：

為什麼會檢測外部 HSE 失敗？ 用戶使用的 HSE 是 8M 晶振，與開發板一樣都是 8M 外部晶振，對比用戶的外部晶振電路與 DISCOVERY 的對應電路，如下圖所示：

如上圖，左邊為客戶板子的晶振電路，右邊為 DISCOVERY 板的晶振電路，對比可知，用戶的負載電容使用的是 33pF，且多了個 1M 的反饋電阻。

首先將反饋電阻去掉後測試，結果還是一樣。進一步將客戶板子的晶振負載電容換成 20pF 後進行測試，結果可以正常檢測到 DFU 設備，如此可見，正是因為這個負載電容的原因造成 Bootloader 的 DFU 無法正常工作！

• 總結

此問題是由於晶振負載電容過大，導致內置 Bootloader 程序在檢測外部 HSE 的時間點與實際 HSE 穩定震盪所需的時間不同步造成，結果就是檢測不到HSE，進而引起系統復位，最終無法使用Bootloader 的 DFU 方式進行固件升級。