Bluetooth-Modul: Firmware durch die Luft fliegen lassen

Warum kabellose Updates wichtig sind Das Entlöten eines 3-mm-QFN, um einen Tippfehler zu beheben, ist niemandem eine Freude. Ein Bluetooth-Modul mit Over-the-Air-(OTA)-Fähigkeit verwandelt das Funkmodul selbst in ein Programmierkabel und lässt Firmware von einem Smartphone zum Flash-Speicher springen – ohne eine einzige Jumper-Leitung. Das Ergebnis: kürzere Ausfallzeiten, glücklichere Kunden und ein Produkt, das lange nach dem Auslieferung aus der Fabrik weiterentwickelt wird. Der Aufbau einer OTA-Transaktion Ein typisches Update beginnt mit einer mobilen App, die eine signierte Firmware-Datei über BLE streamt. Das Modul bestätigt jeden 20-Byte-Chunk, schreibt ihn in einen internen DFU-Puffer und überprüft am Ende den SHA-256-Hash. Wenn die Signatur gültig ist, tauscht der Bootloader das alte Image gegen das neue aus und startet neu. Gesamtzeit: unter zwei Minuten für ein 256-kB-Image. Bootloader-Ballett: Doppelte Banks und Austausch-Tricks Moderne Module teilen den Flash-Speicher in zwei Banks. Bank A führt die Anwendung aus; Bank B empfängt das Update. Sobald das neue Image verifiziert ist, schaltet der Bootloader ein einzelnes Register um und startet neu. Wenn der Strom während des Austauschs ausfällt, schlägt die CRC-Prüfung fehl, und der Bootloader rollt zurück auf Bank A – keine unbrauchbaren Geräte, keine wütenden E-Mails. BLE-Geschwindigkeitsrealität: 20 Bytes pro Paket BLE 5.2 Long Range erreicht bis zu 251 Bytes pro Paket, aber die meisten Bootloader bleiben bei 20 Bytes, um innerhalb des Standard-MTU zu bleiben. Das bedeutet 12.800 Pakete für ein 256-kB-Image. Bei 1 Mbps PHY und 100-ms-Verbindungsintervall ist der Transfer in 21 Minuten abgeschlossen – akzeptabel für ein einmaliges Update, aber schmerzhaft für nächtliche Patches. Ingenieure komprimieren daher Binärdateien mit LZ4 oder Delta-Diff-Skripten, was die Größe um 40 % reduziert und die Zeit auf 12 Minuten kürzt. Sicherheit: Signiert, versiegelt, zugestellt Elliptische Kurven-ECDSA-Signaturen verifizieren die Firmware, bevor ein Byte geschrieben wird. Ein 256-Bit-Public-Key wird während der Produktion in den Chip eingeschmolzen; der zugehörige Private Key befindet sich in einem Hardware Security Module in der Fabrik. Wenn ein Hacker das Image manipuliert, schlägt die Signaturprüfung fehl, und der Bootloader lehnt den Austausch ab – keine JTAG-Exploit erforderlich. Strombudget-Realität: 40 µA im Wartezustand Ein nRF52840-Modul verbraucht 40 µA im inaktiven DFU-Modus – vernachlässigbar für ein netzbetriebenes Gateway, aber spürbar für einen Knopfzellen-Tracker. Ingenieure planen Updates daher während des Tages, wenn ein Photovoltaikstreifen den Akku aufladen kann, oder verschieben sie, bis das Gerät auf einem Ladegerät platziert wird. OTA sollte die angegebene fünfjährige Lebensdauer des Produkts niemals verkürzen. Praxisbeispiel 1: Fitnessband-Umstellung Eine Fabrik in Shenzhen liefert 50.000 Fitnessbänder mit Firmware v1.0 aus. Sechs Monate später verzerrt ein Fehler die Herzratendaten. Der Anbieter pusht v1.1 über die Begleit-App; Benutzer akzeptieren das Update während ihres nächsten Trainings. Keine Geräte werden zurückgeschickt, kein Einzelhandelsbestand wird zurückgerufen, und der Ruf der Marke wird in 48 Stunden gerettet. Praxisbeispiel 2: Smart-Lock-Retrofit Ein europäisches Smart-Lock wird mit v2.0-Kryptographie ausgeliefert. Wenn TLS 1.3 vorgeschrieben wird, streamt der Anbieter v3.0 über BLE. Das Schloss lädt das Delta in 90 Sekunden herunter, verifiziert die ECDSA-Signatur und startet neu. Hausbesitzer wachen auf ein Schloss, das die neueste Kryptographie spricht – kein Schlosser, kein Schraubenzieher, kein Drama. Der Weg nach vorne: Delta-Updates und Mesh-Flooding Bluetooth 6.0 wird Delta-Diff-Komprimierung und Mesh-Flooding einführen, sodass Tausende von Geräten gleichzeitig aktualisiert werden können, ohne die Luftwege zu blockieren. Das gleiche Funkmodul, das einst 20 Minuten benötigte, wird einen 10-kB-Patch in unter 30 Sekunden übertragen und „Firmware“ zu einem lebendigen Feature verwandeln, das sich so schnell weiterentwickelt wie Ihr Smartphone.