Python包 adafruit-nrfutil 详解

一、功能概述

adafruit-nrfutil 是 Adafruit 推出的一款用于 Nordic 系列蓝牙芯片（如 nRF51、nRF52）的编程工具包，基于 Nordic 官方的 nrfutil 扩展开发，主要功能包括：

• 通过串口或蓝牙低功耗（BLE）向 Nordic 芯片烧录固件（.hex 格式）。
• 支持固件加密、校验和压缩，确保传输安全性。
• 兼容 Adafruit 多款开发板（如 Feather nRF52840），简化物联网设备的固件更新流程。

二、安装方法

需通过 pip 安装，支持 Python 3.6+：

pip install adafruit-nrfutil

安装后可通过命令行直接调用，也可在 Python 脚本中导入 adafruit_nrfutil 模块使用。

三、核心语法与参数

adafruit-nrfutil 主要通过命令行工具 adafruit-nrfutil 或 Python 接口 nrfutil.main() 调用，核心命令为 dfu（设备固件更新），常用参数如下：

参数	说明	示例
--port	串口端口（如 COM3 或 /dev/ttyUSB0）	--port COM3
--baudrate	串口波特率（默认 115200）	--baudrate 9600
--firmware	固件文件路径（.hex 格式）	--firmware firmware.hex
--package	生成加密固件包（.zip）	--package output.zip
--service-uuid	BLE 服务 UUID（用于无线更新）	--service-uuid 0000fff0...
--public-address	BLE 设备地址（用于无线更新）	--public-address AA:BB:CC...
--erase-all	烧录前擦除芯片所有数据	--erase-all

四、实际应用案例

以下案例基于命令行工具，部分场景可通过 Python 脚本调用 nrfutil.main() 实现相同功能。

1. 基础串口烧录固件

通过串口向 nRF52 开发板烧录 .hex 固件：

adafruit-nrfutil dfu serial --port COM3 --baudrate 115200 --firmware firmware.hex

2. 生成加密固件包

将固件加密并打包为 .zip，用于后续安全传输：

adafruit-nrfutil dfu genpkg --key my_private_key.pem --firmware firmware.hex output.zip

• 需提前生成私钥：adafruit-nrfutil keys generate my_private_key.pem

3. 从加密包烧录固件

使用加密包通过串口更新，自动校验密钥：

adafruit-nrfutil dfu serial --port /dev/ttyUSB0 --package output.zip

4. BLE 无线固件更新

通过 BLE 向指定设备（已知地址）推送固件：

adafruit-nrfutil dfu ble --public-address AA:BB:CC:DD:EE:FF --firmware firmware.hex

5. 擦除芯片数据后烧录

烧录前清空芯片存储（适用于全新设备或故障修复）：

adafruit-nrfutil dfu serial --port COM3 --firmware new_firmware.hex --erase-all

6. 自定义 BLE 服务 UUID

针对非默认 BLE 服务的设备，指定 UUID 进行更新：

adafruit-nrfutil dfu ble --service-uuid 0000fff0-0000-1000-8000-00805f9b34fb --firmware firmware.hex

7. Python 脚本中调用烧录功能

在代码中集成固件更新逻辑：

from adafruit_nrfutil import nrfutil

# 构造命令参数（等效于命令行）
args = [
    'dfu', 'serial',
    '--port', 'COM3',
    '--firmware', 'firmware.hex',
    '--baudrate', '115200'
]

# 执行烧录
nrfutil.main(args)

8. 批量生成固件包

通过脚本批量生成不同版本的加密固件包：

import os
from adafruit_nrfutil import nrfutil

firmware_versions = ['v1.0.hex', 'v1.1.hex', 'v2.0.hex']
key_path = 'my_key.pem'

for fw in firmware_versions:
    output = f"package_{fw.split('.')[0]}.zip"
    args = ['dfu', 'genpkg', '--key', key_path, '--firmware', fw, output]
    nrfutil.main(args)
    print(f"生成包: {output}")

五、常见错误与解决方法

1. 串口连接失败

   • 错误提示：Could not open port COM3: [Errno 2] No such file or directory
   • 解决：检查端口号是否正确（设备管理器确认），关闭占用端口的其他程序。

2. 固件校验失败

   • 错误提示：Firmware validation failed
   • 解决：确认固件与芯片型号匹配（如 nRF51 不兼容 nRF52 固件），重新生成固件。

3. BLE 设备未找到

   • 错误提示：No BLE device found with address ...
   • 解决：确保设备处于 DFU 模式，地址格式正确（区分大小写），距离不超过 BLE 有效范围。

4. 权限不足

   • 错误提示：Permission denied: '/dev/ttyUSB0'（Linux/macOS）
   • 解决：添加用户到串口权限组（如 sudo usermod -aG dialout $USER），重启生效。

5. 密钥不匹配

   • 错误提示：Invalid signature
   • 解决：烧录时使用与生成固件包相同的私钥，或禁用加密（不推荐）。

六、使用注意事项

1. 设备需进入 DFU 模式：烧录前需将 Nordic 芯片切换到 DFU（Device Firmware Update）模式，通常通过硬件按键或软件指令触发（如 Adafruit 开发板长按 RESET 键两次）。

2. 波特率匹配：串口烧录时，波特率需与设备 DFU 模式的默认值一致（多数为 115200），否则会导致传输错误。

3. 固件格式：仅支持 .hex 格式固件，若为 .bin 需通过 objcopy 转换（如 arm-none-eabi-objcopy -I binary -O ihex firmware.bin firmware.hex）。

4. 加密安全：生产环境中必须启用固件加密，避免固件被篡改或逆向，私钥需妥善保管。

5. 版本兼容性：不同版本的 adafruit-nrfutil 可能与 Nordic 芯片固件存在兼容性问题，建议使用官方推荐版本（如 v0.5.3 稳定版）。

通过上述内容，可全面掌握 adafruit-nrfutil 的使用，实现 Nordic 芯片的高效固件更新。

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