NXP KW38 – OTAP 功能使用演示

一、前言

如今，設備的軟體和固件更新變得越來越頻繁和重要。傳統的更新方式通常需要物理連接設備，既費時又費力。空中編程 ( Over The Air Programming, OTAP ) 是 NXP 提供的一種定製藍牙低功耗 ( Bluetooth LE ) 服務，它無需在待升級設備（OTAP 客戶端）和包含新軟體的設備（OTAP 服務器）之間使用電纜。最佳的利用 OTAP 服務的方法是將其集成到藍牙 LE 應用程序中，這樣可以根據需要多次重新編程設備。

恩智浦的 KW38 系列無線 MCU 集成了低功耗藍牙版本 5.0，帶有 CAN FD 和 LIN 總線選件，基於 Arm® Cortex®-M0+內核，本文將已 FRDM-KW38 開發板為硬體基礎介紹通過 OTAP，通過 OTAP 服務在 FRDM-KW38 開發板中加載新的軟體鏡像。

二、理論基礎

簡述一下 OTAP 服務的工作原理：OTAP 應用程序由兩個獨立部分組成：OTAP 引導程序和 OTAP 客戶端。OTAP 引導程序負責驗證 OTAP 客戶端中是否有新的鏡像可用於重新編程設備。而 OTAP 客戶端軟體則提供了藍牙低功耗 ( Bluetooth LE ) 定製服務，用於使 OTAP 客戶端設備（需要重新編程的設備）與 OTAP 服務器設備（包含用於重新編程 OTAP 客戶端設備的鏡像的設備）進行通信。因此，為了第一次準備軟體，OTAP 客戶端設備需要進行兩次編程，首先是編程 OTAP 引導程序，然後是編程 OTAP 客戶端軟體。

一般情況下，512KB 的 KW38 閃存被分為兩個部分：一個是 256KB 的 P-FLASH（Program FLASH），其地址範圍從 0x0000_0000 到 0x0003_FFFF，分成了若干個 2KB 的扇區，可用於保存應用層代碼，另一個是 256KB 的 FlexNVM，其地址範圍從 0x1000_0000 到 0x1003_FFFF，也分成了若干個 2KB 的扇區。扇區（Sector）是一個基本的存儲單元。閃存的讀寫操作通常是以扇區為單位進行的，這意味著閃存的擦除和編程操作都是以扇區為最小粒度。

為了在同一設備中共存兩種不同的軟體，創建了一種機制，將它們存儲在不同的 P-Flash 區域中。這通過在每個獨立軟體的鏈接器文件中指示不同的 P-Flash 區域來實現的。對於 KW38 設備而言，為 OTAP 引導程序保留了一個從 0x0000_0000 到 0x0000_1FFF 的 8KB P-Flash 區域，其餘 P- Flash 區域則為 OTAP 客戶端軟體等其他內容保留。

三、演示OTAP 服務的必要條件

FRDM-KW38 board。
MCUXpresso IDE 安裝了 FRDM-KW38 SDK。MCUXpresso IDE 和 SDK 的下載，安裝請參考《MCUXpresso_IDE_Installation_Guide》，在此不再贅述。
安裝了 IOT Toolbox 的 Android 手機或者蘋果手機，蘋果手機可以在 App Store 中搜索下載，Android 手機可以在谷歌商店下載，本文使用 Android 手機。

四、OTAP 服務演示

OTAP 程序下載

如前文所述，要完成 OTAP 服務，需要在您的 FRDM-KW38 上編程兩個軟體：OTAP 引導程序和 OTAP 客戶端。接下來將演示如何使用 MCUXpresso IDE 編程和配置設置。

1. 打開 MCUXpresso IDE。在 "Quickstart Panel" 中選擇 "Import SDK example(s)"

2. 選擇 FRDM-KW38 圖標點擊 "Next >"。

3. 導入 OTAP 引導程序項目。位於 "wireless_examples -> framework -> bootloader_otap -> bm -> bootloader_otap" 路徑下。點擊 "Finish" 按鈕。

4. 點擊，將OTAP bootloader程序編輯到開發板上。一旦KW38編程完成會跳轉到調試界面，點擊 (Ctrl + F2) 會安全的停止 MCU。

5. 重複步驟 1和步驟 2，導入OTAP 應用程序，它位於"wireless_examples ->otac_att->Freerots->otap_client_att_freertos”,也可以選擇”wireless_examples->otac_att->bm->

otap_client_att_bm。點擊 "Finish" 按鈕。

6. 如前文所說需要將 OTAP 應用程序存放到 P-Flash 的 0x0000_2000 到 0x0003_FFFF區域，我們需要修改 MCU Settings 中的 FLASH 區域劃，路徑為"Project -> Properties -> C/C++ Build -> MCU settings -> Memory details"，修改 Flash 如下圖所示。

7. 點擊，將OTAP 應用程序編輯到開發板上。一旦KW38編程完成會跳轉到調試界面，點擊 (Ctrl + F2) 會安全的停止 MCU。

創建SREC 鏡像

本節展示了如何創建一個 SREC 鏡像，以重新編程 OTAP 客戶端，可以任何的無線例程為對象，本文以 Wireless_uart 例程為對象。

1. 將 Wireless_uart 例程加載到工作區，路徑為 "wireless_examples -> bluetooth ->w_uart-> freertos -> wireless_uart_freertos"。

2. 為了不覆蓋 OTAP Bootloader 程序，需要修改 MCU Settings 中的 FLASH 區域劃，路徑為"Project -> Properties -> C/C++ Build -> MCU settings -> Memory details". 修改Flash如下圖所示。

3. 解壓您的 KW38 SDK 包。將以下路徑中的 "ldt" 鏈接腳本複製到工作區的 "linkscripts" 文件夾中。直接將解壓的文件包里的路徑下的main_text_section.ldt，直接複製到工作區的frdmkw38_wireless_uart_freertos\linkscripts文件下。結果與下圖所示類似。

解壓的 SDK 中 main_text_section.ldt 的路徑：<KW38_SDK>\middleware\wireless\framework\Common\devices\MKW38A4\mcux\linkscript_bootloader\main_text_section.ldt

4. 在 MCUXpresso IDE 中打開位於 linkscripts 文件夾中的 "end_text.ldt" 鏈接腳本文件。找到如下圖所示的部分，並移除 "FILL" 和 "BYTE" 語句。BYTE 和 FILL 行用於用 0xFF 模式填充未使用的 NVM 閃存區域。移除這些代碼後，我們的軟體鏡像將不包含此模式，從而減少了鏡像的總大小，並提高了 OTAP 下載速度和內存使用效率。

5. 打開 "app_preinclude.h" 文件，並將 "gEepromType_d" 定義為內部存儲。這是一個虛擬定義，用於將引導程序標誌放置在正確的地址。

/* Specifies the type of EEPROM available on the target board */

#define gEepromType_d gEepromDevice_InternalFlash_

6. 將"OtaSupport" 和 "External" 文件夾在解壓的SDK中找到，將 External複製到工作區中frdmkw38_wireless_uart_freertos/framework/Flash文件夾下，將OtaSupport複製到工作區中frdmkw38_wireless_uart_freertos/framework中。

OtaSupport 在解壓 SDK 文件夾路徑為：<KW38_SDK>middleware\wireless\framework\OtaSupport

External 在解壓 SDK 文件夾路徑為：

<KW38_SDK>middleware\wireless\framework\Flash\External

結果如下圖所示：

7. 進入 "Project -> Properties -> C/C++ Build -> Settings -> Tool Settings -> MCU C Compiler -> Includes"，點擊 "Include paths" 旁邊的圖標（見下圖），將會顯示一個新窗口，然後點擊 "Workspace" 按鈕。

8. 在 "Folder selection" 窗口中展開項目目錄，選擇 "framework -> Flash -> External -> interface" 和 "framework -> OtaSupport -> interface" 文件夾，點擊 "OK" 按鈕保存更改。

9. 確保 "OtaSupport" 和 "External" 文件夾已被導入到 "Include paths" 窗口中。然後點擊 "Apply and Close" 按鈕保存更改。

10. 保存並構建項目，點擊進行編譯然後展開項目中的 "Binaries" 圖標。右鍵點擊 ".axf" 文件並選擇 "Binary Utilities -> Create S-Record" 選項。生成的 S-Record 文件將保存到工作區的 Debug 文件夾中，擴展名為 ".s19"。將 S-Record 文件保存在智慧型手機上的已知位置。