USB DFUファームウェア更新失敗：ブートローダーモード、コントロール転送、タイムアウト、再接続のデバッグ

ファームウェア更新の失敗はストレスフルです。デバイスがいなくなり、ブートローダーモードに入り、別のVID/PIDで再接続し、「initializing」「erasing」「downloading」「rebooting」のどこかで止まったように見える。USBの状態遷移をアップデータが正直に表示してくれることはまずないので、USB DFU failed、firmware update stuck initializing、USB bootloader not detected、DFU device not found、firmware update timeout で検索することになります。

USB Device Firmware Upgradeのワークフローは、通常、コントロール転送とデバイス状態遷移のうえに成り立っています。アップデータは通常のアプリファームウェアと通信し、ブートローダーへの再起動を指示し、別のUSBデバイスが列挙されるのを待ち、ファームウェアブロックを送信し、状態を要求し、最後にdetachまたはresetを指示します。

Bus Scopeが効くのは、各ステージがバス上でキャプチャ可能だからです。ただし最初から取得しておく必要があります。

ファームウェア更新は「2台のデバイス」と考えたほうがいい

多くの製品では、通常動作時に1つのUSBデバイスとして列挙され、ブートローダーモード時には別のデバイスとして列挙されます。VID/PID、プロダクト文字列、インターフェース、ドライババインドが変わることもあります。

シーケンス例：

1. 通常デバイスが接続されている
2. アップデータが「ブートローダーに入る」コマンドを送る
3. デバイスが切断する
4. ブートローダーデバイスが列挙される
5. アップデータがDFUのダウンロードブロックを送る
6. デバイスがステータスを返す
7. デバイスが通常モードにリセットされる

デバイス消滅後にキャプチャを始めると、肝心の遷移はもう残っていません。

よくある失敗ポイント

DFU更新が失敗する場面：

• ブートローダーモードに入らない
• ブートローダーは列挙するがドライバがバインドされない
• アップデータがあるVID/PIDを期待しているがデバイスは別のものを出す
• コントロール転送がストールする
• ファームウェアのブロックサイズが間違っている
• 消去中にデバイスがタイムアウト
• ステータスポーリングが攻撃的すぎる
• ダウンロード中にデバイスが切断
• ケーブル／電源の問題でリセット
• セキュリティ／バージョン検査がイメージを拒否

アップデータはこれらをすべて「firmware update failed」と表示します。

コントロール転送の証拠

DFUクラスオペレーションはコントロール転送を使います。トレースを見れば、アップデータがダウンロードデータを送ったか、状態を要求したか、状態をクリアしたか、STALLに遭遇したかが分かります。

確認するキーワード：

• DFU_DNLOAD
• DFU_UPLOAD
• DFU_GETSTATUS
• DFU_CLRSTATUS
• DFU_ABORT
• デバイスリセット／切断
• エンドポイントゼロのSTALL

毎回同じブロックでコントロール転送がストールするなら、ファームウェアイメージ正当性、ブロックサイズ、フラッシュの消去／書き込み動作、ブートローダのバグが原因の可能性が高いです。

再接続のタイミング

ブートローダーモードに入ったあと、アップデータは再列挙を待つ必要があります。検索が早すぎると、実際には1秒後にブートローダーが現れるのに「device not found」と表示してしまいます。

バストレースは次のようなタイミングを示してくれます。

• 通常デバイスのデタッチ時刻
• ブートローダーのアタッチ時刻
• ディスクリプタ読み取り
• ドライババインド
• 最初のDFUリクエスト

この証拠があれば、「アップデータのタイムアウト」と「デバイス側の失敗」を切り分けられます。

ドライババインドの問題

Windowsでは、ブートローダーが通常デバイスと異なるドライバを要する場合があります。LinuxではVID/PIDごとに権限が異なることがあります。macOSではまた挙動が変わります。

ブートローダーが正しく列挙されてもアップデータがオープンできないなら、問題は「基本USB列挙」より上にあります。ブートローダーがそもそも列挙されないなら、ファームウェア／ケーブル／リセット／電源を先に疑ってください。

デバッグチェックリスト

次の流れで作業すると、原因に早くたどり着けます。

1. アップデータ起動前にキャプチャを開始する
2. 通常デバイスのディスクリプタを記録する
3. ブートローダー入りコマンドをキャプチャする
4. 切断とブートローダーの再列挙を観察する
5. ブートローダーのVID/PIDとディスクリプタを記録する
6. DFUコントロール転送を確認する
7. 最初のSTALL／タイムアウト／リセット／無応答を探す
8. 再現性がある場合、失敗ブロック番号を比較する
9. 列挙後のドライババインドと権限を確認する
10. トリミング前に更新タイムライン全体を保全する

最終的な診断

USB DFUの失敗は「状態遷移の失敗」です。根本原因は、ブートローダーへの遷移／再列挙／ドライババインド／DFUコントロール転送挙動／ブロックサイズ／フラッシュタイミング／イメージ検証／リセットタイミングのいずれかになり得ます。

Bus Scopeは、ファームウェア更新を「止まったプログレスバー」ではなく、USBの証拠として扱えるようにします。