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Nordic nRF Connect SDK v2.9.1 详细指南

Nordic nRF Connect SDK v2.9.1 详细指南

目录

  1. 项目概述
  2. 系统架构
  3. 核心组件
  4. 蓝牙功能详解
  5. OTA升级机制
  6. 开发流程
  7. 调试与测试
  8. 安全机制

项目概述

Nordic nRF Connect SDK (NCS) v2.9.1 是一个综合性的软件开发套件，主要用于Nordic Semiconductor的nRF系列芯片开发。该SDK集成了多个重要组件：

  • Zephyr RTOS：实时操作系统内核
  • Nordic专有软件：包含蓝牙协议栈等
  • MCUboot bootloader：安全启动和固件更新
  • nrfxlib：Nordic专有库
  • 其他开源组件
nRF Connect SDK
Zephyr RTOS
Nordic专有软件
MCUboot
nrfxlib
其他组件
内核
驱动
协议栈
蓝牙协议栈
应用层
硬件抽象
Bootloader
安全启动
OTA更新
Nordic库
蓝牙控制器
802.15.4

系统架构

软件架构

硬件层
硬件抽象层
系统层
应用层
nRF硬件
硬件抽象层
设备驱动
Zephyr RTOS
协议栈
应用程序
API层

核心组件

1. Zephyr RTOS

  • 实时操作系统内核
  • 设备驱动框架
  • 网络协议栈
  • 文件系统支持
  • 电源管理

2. Nordic专有软件

  • SoftDevice Controller
  • 蓝牙协议栈
  • 802.15.4 协议栈
  • 专有库和驱动

3. MCUboot

  • 安全启动
  • 固件更新
  • 回滚保护

蓝牙功能详解

蓝牙协议栈架构

控制器层
主机层
应用层
链路层
物理层
HCI接口
L2CAP
ATT协议
安全管理
应用程序
GATT服务
GAP配置

蓝牙功能特性

  1. BLE 5.3支持

    • 2Mbps高速传输
    • 长距离编码方案
    • 广播扩展
    • 方向查找

  2. 安全特性

    • 配对加密
    • 安全连接
    • 隐私保护

  3. GATT服务

    • 标准服务配置
    • 自定义服务开发
    • 特征值通知和指示

蓝牙安全机制

Central Peripheral 扫描设备 广播响应 连接请求 连接确认 配对请求 配对响应 密钥交换 密钥确认 建立加密连接 Central Peripheral

OTA升级机制

OTA架构

存储层
Bootloader
应用层
Flash分区
备份分区
MCUboot
安全验证
更新管理
DFU缓存
应用程序
DFU服务
SUIT协议

OTA更新流程

Device Central Cloud 发起OTA请求 确认开始更新 下载固件 传输固件块 验证固件块 确认接收 完成传输 验证完整性 更新Bootloader 重启设备 更新完成通知 Device Central Cloud

OTA特性

  1. 安全特性

    • 固件签名验证
    • 回滚保护
    • 断点续传
    • SUIT协议支持

  2. 可靠性保证

    • 双银行更新
    • 错误恢复
    • 电源故障保护
    • DFU缓存管理

  3. 多镜像支持

    • 应用程序更新
    • 协议栈更新
    • 分区表更新

DFU缓存管理

成功
失败
接收固件
DFU缓存
验证
写入Flash
丢弃
更新完成
重试

开发流程

标准开发流程

需求分析
环境配置
工程创建
代码开发
编译构建
烧录测试
调试优化
发布部署

调试方法

  1. Segger RTT
  2. UART Debug
  3. SWD接口
  4. 蓝牙协议分析

调试与测试

调试工具

  • SEGGER J-Link
  • nRF Connect for Desktop
  • nRF Sniffer
  • Power Profiler Kit

测试框架

  • Zephyr测试框架
  • 蓝牙一致性测试
  • OTA可靠性测试
  • 性能测试套件

安全机制

1. 启动安全

验证失败
上电
一级引导
验证签名
加载镜像
执行应用
回滚

2. 运行时安全

  • 内存保护
  • 安全存储
  • 加密通信
  • 安全调试

3. 更新安全

  • 固件签名
  • 版本控制
  • 回滚保护
  • 完整性校验

参考资源

  1. Nordic官方文档
  2. Zephyr项目文档
  3. MCUboot文档
  4. SUIT规范

项目概述

Nordic nRF Connect SDK (NCS) v2.9.1 是一个综合性的软件开发套件，主要用于Nordic Semiconductor的nRF系列芯片开发。该SDK集成了多个重要组件：

  • Zephyr RTOS
  • Nordic专有软件
  • MCUboot bootloader
  • nrfxlib
  • 其他开源组件
nRF Connect SDK
Zephyr RTOS
Nordic专有软件
MCUboot
nrfxlib
其他组件
内核
驱动
协议栈
蓝牙协议栈
应用层
硬件抽象
Bootloader
安全启动
OTA更新
Nordic库
蓝牙控制器
802.15.4

系统架构

软件架构

硬件层
硬件抽象层
系统层
应用层
nRF硬件
硬件抽象层
设备驱动
Zephyr RTOS
协议栈
应用程序
API层

核心组件

1. Zephyr RTOS

  • 实时操作系统内核
  • 设备驱动框架
  • 网络协议栈
  • 文件系统支持
  • 电源管理

2. Nordic专有软件

  • SoftDevice Controller
  • 蓝牙协议栈
  • 802.15.4 协议栈
  • 专有库和驱动

3. MCUboot

  • 安全启动
  • 固件更新
  • 回滚保护

蓝牙功能详解

蓝牙协议栈架构

控制器层
主机层
应用层
链路层
物理层
HCI接口
L2CAP
ATT协议
安全管理
应用程序
GATT服务
GAP配置

蓝牙功能特性

  1. BLE 5.3支持

    • 2Mbps高速传输
    • 长距离编码方案
    • 广播扩展
    • 方向查找

  2. 安全特性

    • 配对加密
    • 安全连接
    • 隐私保护

  3. GATT服务

    • 标准服务配置
    • 自定义服务开发
    • 特征值通知和指示

OTA升级机制

OTA架构

存储层
Bootloader
应用层
Flash分区
备份分区
MCUboot
安全验证
更新管理
应用程序
DFU服务

OTA更新流程

Device Central Cloud 发起OTA请求 确认开始更新 下载固件 传输固件块 验证固件块 确认接收 完成传输 验证完整性 更新Bootloader 重启设备 更新完成通知 Device Central Cloud

OTA特性

  1. 安全特性

    • 固件签名验证
    • 回滚保护
    • 断点续传

  2. 可靠性保证

    • 双银行更新
    • 错误恢复
    • 电源故障保护

开发流程

标准开发流程

需求分析
环境配置
工程创建
代码开发
编译构建
烧录测试
调试优化
发布部署

调试方法

  1. Segger RTT
  2. UART Debug
  3. SWD接口
  4. 蓝牙协议分析

调试与测试

调试工具

  • SEGGER J-Link
  • nRF Connect for Desktop
  • nRF Sniffer
  • Power Profiler Kit

测试框架

  • Zephyr测试框架
  • 蓝牙一致性测试
  • OTA可靠性测试
  • 性能测试套件

参考资源

  1. Nordic官方文档
  2. Zephyr项目文档
  3. MCUboot文档

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