這篇文章給大家介紹設(shè)備OTA空中升級(jí)原理是怎樣的,內(nèi)容非常詳細(xì),感興趣的小伙伴們可以參考借鑒,希望對(duì)大家能有所幫助。
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沒有完美的軟件,因?yàn)樵O(shè)計(jì)缺陷、業(yè)務(wù)需求更新,軟件始終都在不斷升級(jí)完善。新軟件如何替換正在運(yùn)行的舊軟件就是本文關(guān)注的重點(diǎn),尤其是針對(duì)電子產(chǎn)品,設(shè)備空中升級(jí)OTA,受限于硬件資源,需要選擇不同的方案進(jìn)行軟件升級(jí)。
在線升級(jí)流程,簡化就是設(shè)備運(yùn)行舊軟件的同時(shí),獲取新軟件包,再執(zhí)行特殊操作使用新軟件覆蓋舊軟件,最后運(yùn)行新軟件。圖片根據(jù)硬件資源和系統(tǒng)整體框架,選擇不同的升級(jí)方案,方案需要結(jié)合實(shí)際選擇最佳的,技術(shù)層面是次要的。
3.1. 整包升級(jí)
以STM8單片機(jī)升級(jí)為例,單片機(jī)最小系統(tǒng)運(yùn)行流程如下:圖片要加入在線升級(jí)功能,就需要將主應(yīng)用程序拆分,類似有2套程序在設(shè)備內(nèi)運(yùn)行,標(biāo)準(zhǔn)稱呼是bootload+app,其中bootload始終不變,它接收新軟件包并覆蓋app區(qū)域。
硬件限制 | 解決方案 |
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單片機(jī)自身沒有網(wǎng)絡(luò)連接功能,只能基于外掛的網(wǎng)絡(luò)模塊從遠(yuǎn)端服務(wù)器下載新軟件包,再通過串口傳輸給單片機(jī) | 由外掛主機(jī)下載新軟件包,并通知單片機(jī)進(jìn)入升級(jí)模式 |
單片機(jī)內(nèi)部RAM小,不能進(jìn)行復(fù)制運(yùn)算或者緩存大量數(shù)據(jù);單片EEPROM小,不能保存完整的新軟件包 | 只能在Bootload期間分段接收新軟件并立刻寫入flash |
整體方案如下圖:
難點(diǎn)與風(fēng)險(xiǎn)
單片機(jī)在app收到升級(jí)請求,需要重啟進(jìn)入bootload,對(duì)于以單片機(jī)為主控的設(shè)備,需要保證單片機(jī)重啟期間網(wǎng)絡(luò)模塊不斷電,所以因升級(jí)進(jìn)入bootload要立刻恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)模塊主機(jī)供電,必要時(shí)需要硬件支持。
單片機(jī)ram和rom有限,采用分段接收新軟件包,直接寫入flash,因此在應(yīng)用層協(xié)議上需要確保數(shù)據(jù)包不會(huì)錯(cuò)誤或遺漏或重發(fā),目前采用Ymodem協(xié)議居多。升級(jí)包需要轉(zhuǎn)成bin文件,單片機(jī)接收后寫到app的起始地址。
單片機(jī)分段接收后寫入flash,整個(gè)過程需要10秒以上,期間如果斷電,單片機(jī)軟件的app處于損壞狀態(tài),需要單片機(jī)有超時(shí)機(jī)制重啟,再次開啟升級(jí)并主動(dòng)要求網(wǎng)絡(luò)模塊重傳新軟件包。
一般PC軟件無需考慮內(nèi)存和存儲(chǔ)空間,也是采用整包升級(jí),兩個(gè)文件同時(shí)保存。例如app.exe運(yùn)行時(shí)下載新的app_new.exe,下載校驗(yàn)后,app.exe自毀刪除自身,然后將app_new.exe重命名為app.exe并啟動(dòng)。
差分升級(jí)軟件框架同整包升級(jí)一樣,區(qū)別在于新軟件包的提供方式不同。
單片機(jī)軟件一般不超過50KB,復(fù)雜微處理器的軟件一般都比較大,但其RAM也大,下載完整的新軟件包耗時(shí)長且浪費(fèi)流量,因此可以基于新舊兩版軟件的差異,將差異文件傳給設(shè)備,由設(shè)備運(yùn)算還原出新軟件包升級(jí)。
難點(diǎn)與風(fēng)險(xiǎn)
差分包的制作與還原算法驗(yàn)證,在bootload還原出新軟件包時(shí)考慮到RAM,差分包是按塊生成,還原也是按塊執(zhí)行,每塊新軟件寫入前,需要先備份舊塊,防止異常斷電無法還原。圖片萬一出現(xiàn)異常,重啟還是進(jìn)入bootlaod,查詢上次已經(jīng)還原到第幾塊,繼續(xù)后面操作。有些為了再次減小差分包大小,還會(huì)對(duì)文件進(jìn)行壓縮,還原前先解壓。
升級(jí)時(shí),必須保證生成的差分包是基于當(dāng)前設(shè)備內(nèi)運(yùn)行的版本,如設(shè)備運(yùn)行V01,但是提供的差分包卻是基于V02到V03的,則會(huì)導(dǎo)致異常。或者在文件中預(yù)設(shè)特殊版字符,版本匹配才進(jìn)行差分還原升級(jí)。而整包沒有該缺點(diǎn),只要bootlaod正常,任意app軟件版本可以互相升級(jí)。
動(dòng)態(tài)加載在PC軟件中很常見,多個(gè)exe可執(zhí)行文件共用dll庫文件,這樣exe文件很小,缺點(diǎn)是要保證exe正常運(yùn)行,需要在指定的路徑下存放dll文件。圖片對(duì)嵌入式平臺(tái),動(dòng)態(tài)加載的可以理解為始終保持底層基礎(chǔ)框架不變,修改或替換不同的上層業(yè)務(wù)邏輯,實(shí)現(xiàn)不同的效果。為保證底層和上層之間調(diào)用關(guān)系,必須固定部分接口地址,也就是兩者中間的接口映射,主要通過鏈接實(shí)現(xiàn)。圖片嵌入式軟件從源碼到可下載到設(shè)備的映像文件,需要經(jīng)過的步驟:圖片動(dòng)態(tài)加載就是在鏈接階段,將上層代碼obj編譯成axf可動(dòng)態(tài)加載的文件,而不是直接與其他obj合并成可執(zhí)行文件。主要是使用armlink配置-entry指定映像文件的初始入口點(diǎn)或者在代碼中使用#pragma arm section code關(guān)鍵字,保證動(dòng)態(tài)的上層有固定的入口地址。凡是上層調(diào)用的底層接口,在編譯階段函數(shù)體指針都賦為空指令保證編譯,后續(xù)再指向底層的真實(shí)地址。圖片
其作用發(fā)生在系統(tǒng)啟動(dòng)階段,從flash加載到內(nèi)存,整個(gè)文件內(nèi)的接口相對(duì)地址不變,整體偏移。這樣,軟件還是可以計(jì)算獲取動(dòng)態(tài)映像文件的入口地址。加載到內(nèi)存區(qū)域,需確保該區(qū)域不會(huì)被占用,否則內(nèi)存覆蓋肯定會(huì)導(dǎo)致異常。
底層啟動(dòng)后,只能查到動(dòng)態(tài)加載文件的入口函數(shù),但實(shí)際底層與上層交互的接口肯定不止一個(gè),而且上層也必然會(huì)調(diào)用底層接口,這就需要在第一個(gè)明確地址的函數(shù)體內(nèi)實(shí)現(xiàn)上下層地址映射。這里有2種方案,一種是函數(shù)指針賦值,一種是根據(jù)字符串查找。底層需要給上層調(diào)用的接口,底層映射接口函數(shù)指針表,按固定順序賦值給上層函數(shù)指針;或者底層只提供上層一個(gè)函數(shù),但是改函數(shù)體內(nèi)查字符串獲取函數(shù)指針。這樣實(shí)現(xiàn)上層調(diào)用事先固定的底層接口。
上層給底層提供的接口,也是提前固定的函數(shù)指針,也用上面的方法對(duì)接。接口映射的核心是動(dòng)態(tài)加載塊有一個(gè)函數(shù)的地址是鏈接時(shí)指定的,在這個(gè)函數(shù)內(nèi)實(shí)現(xiàn)上下層函數(shù)映射。除函數(shù)外,全局變量也是同樣的使用指針傳遞。
難點(diǎn)與風(fēng)險(xiǎn)
前面2種使用bootload+app的方案,屬于比較常規(guī)的方案,其本質(zhì)是一塊芯片運(yùn)行2套互不干擾的軟件,而動(dòng)態(tài)加載的上下層之間有固定的接口,不能使用接口以外的交互。
動(dòng)態(tài)加載對(duì)鏈接和arm底層要求高,在升級(jí)方向應(yīng)用較少,因?yàn)閷?duì)軟件開發(fā)接口使用存在限制,但動(dòng)態(tài)加載實(shí)現(xiàn)了上下層隔離,避免代碼調(diào)用混亂,也為跨平臺(tái)、多語言開發(fā)提供了基礎(chǔ)。
在線升級(jí)為了產(chǎn)品在不召回的情況下,以較低的成本解決售后問題;升級(jí)是為了解決問題,但是一旦失敗則可能導(dǎo)致設(shè)備變磚。前期測試應(yīng)選擇不同設(shè)備模擬升級(jí)異常,如強(qiáng)制斷電或軟件包異常,設(shè)備必須有自我恢復(fù)的機(jī)制。
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