RT1170 USB DFU 固件更新：免编程器的现场升级方案

在嵌入式产品的全生命周期中，现场固件升级是核心功能需求，NXP i.MX RT1170 凭借内置 USB 设备控制器，可通过USB DFU（Device Firmware Upgrade） 实现免外部编程器的固件更新，仅需 PC 与 USB 线缆即可完成，适配产线烧录、现场维护等多种场景。本文基于 MCUXpresso IDE 与 RT1170 SDK，详解 DFU 环境搭建、dfu-util 工具定制、自定义固件编译与升级全流程，解决 CRC 校验、地址偏移等核心问题，实现稳定的固件更新。

资料获取：[RT1170] 如何通过USB DFU更新Firmware

1. USB DFU 核心原理与环境准备

1.1 DFU 升级核心逻辑

1. 烧录 DFU Demo 工程到 RT1170，设备上电后枚举为 USB DFU 设备，等待主机连接；
2. 主机通过定制化 dfu-util 工具，将待升级固件（bin 格式）添加 CRC32 校验后，通过 USB 传输至 RT1170；
3. RT1170 的 DFU 程序将固件加载到指定 RAM 地址，校验固件末尾的 CRC32 值，确保无数据错误；
4. 校验通过后，DFU 程序跳转到固件入口地址，运行新固件；校验失败则提示错误，不执行升级。

1.2 关键特性与注意事项

• CRC32 强制校验：SDK 自带的 DFU Demo 会严格检查固件最后 4 个字节的 CRC32 值，无校验或校验错误将拒绝运行；
• RAM 加载运行：DFU 升级的固件先加载到指定 RAM 地址（默认 0x10000），而非直接烧录到 Flash，需保证固件地址与 DFU 程序配置匹配；
• 免拆机升级：仅需 USB 物理连接，无需 JLink/ST-Link 等调试器，适配现场无专业工具的场景。

1.3 软硬件环境准备

（1）软件环境

• 开发 IDE：MCUXpresso IDE（任意兼容版本）；
• 固件源码：RT1170 SDK 2.15.000（含dev_dfu_freertos_cm7 DFU Demo 工程）；
• 主机工具：dfu-util（需定制修改源码，添加 CRC32 功能）、libusb（dfu-util 依赖库）；
• 辅助工具：串口调试工具（Tera Term/SSCOM）、USB 驱动（系统自动识别 DFU 设备）。

（2）硬件环境

• 主控板：RT1170-EVKB 开发板；
• 配件：USB Type-C 线缆 2 根（一根用于串口调试，一根用于 DFU 数据传输）、5V 电源。

（3）核心工具下载地址

• RT1170 SDK：NXP 官网下载SDK_2_15_000_MIMXRT1170-EVK；
• dfu-util 源码：git://git.code.sf.net/p/dfu-util/dfu-util；
• libusb 源码：https://github.com/libusb/libusb.git；
• 官方预编译 dfu-util（win64）：dfu-util-0.9-win64.zip（仅作参考，需自行编译定制版）。

2. 定制化 dfu-util 工具编译（添加 CRC32 功能）

步骤 1：安装编译依赖

# 安装libusb与dfu-util编译依赖
sudo apt-get build-dep libusb-1.0-0 dfu-util
# 安装Windows交叉编译工具链
sudo apt-get install gcc-mingw-w64-x86-64

步骤 2：拉取源码

# 克隆dfu-util与libusb源码
git clone git://git.code.sf.net/p/dfu-util/dfu-util
git clone https://github.com/libusb/libusb.git

步骤 3：核心修改（添加 CRC32 写入逻辑）

/* write suffix, if any */
if (write_suffix) {
    uint8_t dfusuffix[DFU_SUFFIX_LENGTH];
    dfusuffix[0] = file->bcdDevice & 0xff;
    dfusuffix[1] = file->bcdDevice >> 8;
    dfusuffix[2] = file->idProduct & 0xff;
    dfusuffix[3] = file->idProduct >> 8;
    dfusuffix[4] = file->idVendor & 0xff;
    dfusuffix[5] = file->idVendor >> 8;
    dfusuffix[6] = file->bcdDFU & 0xff;
    dfusuffix[7] = file->bcdDFU >> 8;
    dfusuffix[8] = 'U';
    dfusuffix[9] = 'F';
    dfusuffix[10] = 'D';
    dfusuffix[11] = DFU_SUFFIX_LENGTH;
    // 注释原CRC计算行，新增CRC32写入固件末尾
    // crc = dfu_file_write_crc(f, crc, dfusuffix, DFU_SUFFIX_LENGTH - 4);
    dfusuffix[12] = crc;
    dfusuffix[13] = crc >> 8;
    dfusuffix[14] = crc >> 16;
    dfusuffix[15] = crc >> 24;
    crc = dfu_file_write_crc(f, crc, dfusuffix + 12, 4);
}

步骤 4：编译 libusb 库

# 创建统一编译目录
mkdir -p build
cd libusb
# 生成配置文件
./autogen.sh
# 配置交叉编译（目标Windows x64）
PKG_CONFIG_PATH=$PWD/../build/lib/pkgconfig 
./configure --host=x86_64-w64-mingw32 --prefix=$PWD/../build
# 编译并安装
make && make install
cd ..

步骤 5：编译定制版 dfu-util

cd dfu-util
# 生成配置文件
./autogen.sh
# 配置交叉编译，依赖已编译的libusb
PKG_CONFIG_PATH=$PWD/../build/lib/pkgconfig 
./configure --host=x86_64-w64-mingw32 --prefix=$PWD/../build
# 编译并安装
make && make install
cd ..

步骤 6：获取编译产物

• dfu-util.exe：主升级工具；
• dfu-suffix.exe：固件 CRC32 添加工具；
• libusb-1.0.dll：依赖库（需与工具放在同一目录）。

步骤 7：为固件添加 CRC32

# 格式：dfu-suffix.exe -a 固件文件名.bin
dfu-suffix.exe -a hello_world_dfu.bin
# 成功提示：Suffix successfully added to file

3. 烧录 DFU Demo 工程，让 RT1170 枚举为 DFU 设备

步骤 1：导入 DFU Demo 工程

1. 打开 MCUXpresso IDE，点击「Import SDK Examples」；
2. 选择 RT1170-EVK 开发板，找到usb分类下的dev_dfu_freertos_cm7工程，导入 IDE。

步骤 2：编译并烧录工程

1. 连接 RT1170-EVKB 与 JLink 调试器，将开发板设置为调试模式；
2. 编译 DFU Demo 工程，无错误后点击「Debug」烧录到开发板；
3. 烧录完成后重启开发板，通过 USB 线缆连接开发板与 PC。

步骤 3：验证 DFU 设备枚举

1. 打开 Windows「设备管理器」，在「Universal Serial Bus devices」下看到DFU DEVICE，表示枚举成功；
2. 打开串口调试工具，配置波特率（与 Demo 一致，默认 115200），可看到串口输出：USB device dfu demo，表示 DFU 程序正常运行。

步骤 4：获取 DFU 设备的 VID/PID

1. 设备管理器：右键 DFU 设备→「属性」→「详细信息」→「硬件 ID」，格式为USBVID_xxxx&PID_xxxx；
2. 工程源码：打开 DFU Demo 的usb_device_descriptor.h，查看宏定义：

   #define USB_DEVICE_VENDOR_ID     0x15A2  // 示例VID
   #define USB_DEVICE_PRODUCT_ID    0x0073  // 示例PID
   

4. 使用官方固件测试 DFU 升级（快速验证）

步骤 1：执行升级命令

# 格式：dfu-util.exe -d VID:PID -D 固件文件名.bin
dfu-util.exe -d 15A2:0073 -D dev_hid_mouse_bm.bin

步骤 2：验证升级结果

1. 升级过程中，工具会显示进度条，提示数据传输中；
2. 串口调试工具将输出：crc check ok，表示 CRC 校验通过；
3. 校验通过后，RT1170 将运行新固件，设备被枚举为USB 鼠标设备，在电脑屏幕上实现鼠标矩形旋转移动，说明 DFU 升级成功。

5. 编译自定义固件，实现个性化 DFU 升级

步骤 1：导入并配置自研工程

1. 在 MCUXpresso IDE 中导入hello_world_cm7工程（或自研工程）；
2. 右键工程→「Properties」→「C/C++ Build」→「Settings」→「MCU Linker」→「Managed Linker Script」；
3. 勾选Link application to RAM，将固件编译为 RAM 运行模式（DFU 升级的固件需加载到 RAM 运行）。

步骤 2：修改内存配置，匹配 DFU 地址要求

1. 在工程属性中，进入「MCU Settings」→「Memory details」；
2. 找到SRAM_ITC（指令 TCM），将其移动到 Flash 下方作为第一个 RAM 区域；
3. 修改 SRAM_ITC 的起始地址和大小，使其与 DFU Demo 规定的0x10000加载地址匹配（具体参数参考 DFU Demo 的内存配置）；
4. 点击「Apply」保存配置，确保固件编译后入口地址为 DFU 指定的 RAM 地址。

步骤 3：编译工程并生成 bin 格式固件

1. 编译自研工程，确保无编译错误；
2. 右键工程→「Binary Utilities」→「Create binary」，生成 bin 格式固件（如hello_world_dfu.bin）；
3. 生成的 bin 文件位于工程的Debug/Binaries目录下。

步骤 4：为自定义固件添加 CRC32 并升级

1. 使用定制化的dfu-suffix.exe为 bin 固件添加 CRC32：

   dfu-suffix.exe -a hello_world_dfu.bin
   

2. 执行 DFU 升级命令，指定 VID/PID 和自定义固件：

   dfu-util.exe -d 15A2:0073 -D hello_world_dfu.bin
   

3. 验证升级结果：串口输出crc check ok，随后显示hello world dfu.，表示自定义固件成功运行。

6. 常见问题排查与避坑指南

6.1 CRC 校验错误（crc check error）

• 原因 1：固件未添加 CRC32，或使用原生 dfu-util 工具添加；
• 原因 2：修改 dfu-util 源码时逻辑错误，CRC32 写入位置不对；
• 解决：使用定制化dfu-suffix.exe重新添加 CRC32，检查源码修改是否与本文一致，对比添加 CRC 前后的固件大小（相差 4 字节为正常）。

6.2 CRC 校验通过但固件无法运行

• 核心原因：固件编译的RAM 加载地址与 DFU Demo 规定的 0x10000 不匹配，DFU 程序无法找到固件入口；
• 解决：严格按照本文步骤修改工程的内存配置，勾选「Link application to RAM」，确保 SRAM_ITC 地址与 DFU Demo 一致。

6.3 升级时提示「LIBUSB_ERROR_PIPE」

• 原因 1：USB 线缆接触不良，或使用非数据传输线（仅充电线）；
• 原因 2：DFU 设备枚举异常，未正确识别；
• 解决：更换优质 USB 数据线缆，重新插拔开发板，在设备管理器中确认 DFU 设备正常识别（无黄色感叹号）。

6.4 设备管理器中无 DFU 设备

• 原因 1：DFU Demo 工程未成功烧录，或开发板启动模式错误；
• 原因 2：USB 驱动未正常安装；
• 解决：重新烧录 DFU Demo 工程，确认开发板为正常启动模式，重启 PC 或开发板重新枚举设备。

6.5 dfu-util 编译失败

• 原因 1：Ubuntu 编译依赖未安装完整，或交叉编译工具链缺失；
• 原因 2：源码拉取不完整，或修改源码时语法错误；
• 解决：重新安装所有依赖，拉取完整源码，检查dfu_file.c的修改部分是否有语法错误（如少分号、括号不匹配）。

7. 进阶优化与实际应用建议

7.1 实现 Flash 烧录升级

7.2 增加固件版本校验

7.3 增加升级进度反馈

7.4 适配量产场景

• 批量升级：基于 dfu-util 开发批量升级脚本，实现多设备同时 DFU 升级，提升产线效率；
• 安全升级：结合 RT1170 的 HAB 安全启动，为 DFU 固件添加数字签名，防止非授权固件升级，提升设备安全性。