STM32无法使用内置Bootloader的DFU方式进行固件升级

一、问题描述

客户产品中使用STM32F401RB，产品本身已经烧录固件，并在功能实现上无问题。在想更新固件时，PC软件无法识别设备，DFU功能失败。

二、排查步骤

1. 首先检查USB硬件线路问题。

客户反馈，本身产品已经有固件，在正常模式下（BOOT0 = 0 ，BOOT1 = 0时）功能完整，USB功能可以正常使用。说明USB线路是正常。

备注：如果没有现成固件作为测试，可以使用STM32CubeMX工具生成一个HID测试程序代码来验证。如果运行正常，说明不是USB线路问题。

打开应用文档 AN2606-STM32 microcontroller system memory boot mode.pdf，通过此应用文档可知，不同的 Bootloader 版本可用于固件升级的方式不尽相同，如 4.2 节如下内容：

并且通过表3可以确认，STM32F401RB对应的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，客户提出怀疑芯片本身或 Bootloader 烧录的代码有问题，于是找出一块开发板进行 MCU 替换，替换后的结果为 STM32F401RB 在放到开发板上则能正常通过 Bootloader 的 DFU 方式进行固件升级，因此，这就明确排除了芯片本身问题的可能性，因此，只可能是用户板子外围电路的问题。


3. 检查MCU外围电路

再次回到 AN2606 这个应用文档，在 29.2节找到 Bootloader 的工作流程图，如下所示：

通过上图可知，Bootloader 是依次检查 USART ->DFU ->I2C -> SPI 的方式，怀疑 Bootloader 程序在 DFU 之前由于某种未知原因是否已经进入到 USART的方式中而一直没有出来？

为了排除这种可能性，我们针对 USART1 的 RX 脚 PA10，USART2 的 RX 脚 PA3， USART6 的 RX 脚 PC7拉高，I2C 的SDA脚拉高，SPI的MISO脚上拉。结果还是无法检测到 DFU 设备。

再次回到上图进行分析，如上图，若 USART 和 CAN 都没有检测到的话，Bootloader 程序会检测 USB 线是否连接，然后检测外部 HSE，若 HSE 不存在，则产生系统复位，否则将会重现配置系统主频到 60M。

由于我们是连着 USB 线且在正常运行模式下 USB 是能正常工作的，因此，这里检测 USB 线结果应该是通过的，于是按照程序流程，接下来检测外部 HSE，若检测失败则复位系统。

与是用示波器查看VDD 与 NRST 脚的波形，发现系统在 VDD 上电后有 3 次复位，如此，可以得出 Bootloader 程序在检测外部 HSE 时结果为失败，如下：

为什么会检测外部 HSE 失败？ 用户使用的 HSE 是 8M 晶振，与开发板一样都是 8M 外部晶振，对比用户的外部晶振电路与 DISCOVERY 的对应电路，如下图所示：

如上图，左边为客户板子的晶振电路，右边为 DISCOVERY 板的晶振电路，对比可知，用户的负载电容使用的是 33pF，且多了个 1M 的反馈电阻。

首先将反馈电阻去掉后测试，结果还是一样。进一步将客户板子的晶振负载电容换成 20pF 后进行测试，结果可以正常检测到 DFU 设备，如此可见，正是因为这个负载电容的原因造成 Bootloader 的 DFU 无法正常工作！

• 总结

此问题是由于晶振负载电容过大，导致内置 Bootloader 程序在检测外部 HSE 的时间点与实际 HSE 稳定震荡所需的时间不同步造成，结果就是检测不到HSE，进而引起系统复位，最终无法使用Bootloader 的 DFU 方式进行固件升级。