STM32的OTA遠(yuǎn)程升級(jí)
上次發(fā)過SD卡的Bootloader離線升級(jí)后，應(yīng)大家的要求，這次就講一下STM32的OTA遠(yuǎn)程升級(jí)。
OTA又叫空中下載技術(shù)，是通過移動(dòng)通信的空中接口實(shí)現(xiàn)對(duì)移動(dòng)終端設(shè)備數(shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)程管理的技術(shù)，還能提供移動(dòng)化的新業(yè)務(wù)下載功能。
要實(shí)現(xiàn)OTA功能，至少需要兩塊設(shè)備，分別是服務(wù)器與客戶端。服務(wù)器只有一個(gè)，客戶端可有多個(gè)。服務(wù)器通過串口與PC機(jī)連接，需要下載的鏡像文件存放于PC機(jī)，命令執(zhí)行器給服務(wù)器發(fā)命令及鏡像文件。首先命令執(zhí)行器控制服務(wù)器廣播當(dāng)前可用的鏡像文件信息，客戶端收到信息后進(jìn)行對(duì)比，若有與自身相匹配的鏡像，則向服務(wù)器請(qǐng)求數(shù)據(jù)。服務(wù)器收到請(qǐng)求后向命令執(zhí)行器索取固定大小的塊，再點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳送給客戶端。鏡像傳輸完畢后，客戶端進(jìn)行校驗(yàn)，完成后發(fā)送終止信號(hào)。
一. 升級(jí)方式的對(duì)比
OTA升級(jí)與平時(shí)用到的SD卡升級(jí)、串口升級(jí)等等大體原理上是一樣的，都是對(duì)MCU的Flash進(jìn)行操作而已。
收到升級(jí)指令——>MCU復(fù)位或者跳轉(zhuǎn)到Boot程序區(qū)——>擦除對(duì)應(yīng)的Flash區(qū)域——>獲取APP數(shù)據(jù)——>寫入FLASH數(shù)據(jù)——>校驗(yàn)——>跳轉(zhuǎn)到APP應(yīng)用程序區(qū)
OTA與其他本地升級(jí)的區(qū)別就是：獲取數(shù)據(jù)的方式不同。比如串口升級(jí)，就是通過上位機(jī)傳輸?shù)組CU串口上的數(shù)據(jù)；SD卡升級(jí)，就是通過讀取SD卡，把程序通過SPI傳輸?shù)組CU上；而OTA升級(jí)，就是通過帶無線傳輸?shù)哪K，把程序傳輸?shù)組CU上。例如：藍(lán)牙、Wifi、GSM等等。不過大部分的無線模塊，通過串口把數(shù)據(jù)傳輸?shù)組CU上的，只是服務(wù)端不再是PC端了，而是網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器。
二. 硬件選擇
MCU我這里選用的是STM32F030F4P6的芯片，16K的Flash，應(yīng)該是ST產(chǎn)品中Flash空間比較小的一種，為的就是體現(xiàn)一下小容量的單片機(jī)也可以進(jìn)行OTA升級(jí)。
無線模塊我使用的是ESP-8266，WIfi傳輸方式，應(yīng)該也是比較大眾化的一款模組。（TTL串口連接MCU）
OTA相關(guān)的硬件沒有了，剩下的無所謂，都是其他功能的，最好有個(gè)LED燈，可以明顯的看出是否升級(jí)成功。
三. 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的選擇
網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器多種多樣，常用的有阿里云、百度云、騰訊云、移動(dòng)云等等，有條件的，還可以使用自己的服務(wù)器。總之需要實(shí)現(xiàn)：網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器可以與我們的無線模塊進(jìn)行大數(shù)據(jù)通信。
我這里選用的是OneNet移動(dòng)云（OTA服務(wù)之前是免費(fèi)，現(xiàn)在是前100個(gè)設(shè)備免費(fèi)，之后每增加一個(gè)設(shè)備1元錢永久），我感覺OneNet相對(duì)于阿里云較為簡(jiǎn)單，沒有阿里云那么繁瑣，不過阿里云還是比OneNet更專業(yè)一點(diǎn)（個(gè)人見解），其他的沒有用過，大家都可以去試試。
四. 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的傳輸方式
我這里使用的是OneNet的服務(wù)器，它的OTA服務(wù)是通過Http協(xié)議進(jìn)行傳輸?shù)模袑?duì)應(yīng)的API，我們可以通過OneNet釋放的API去訪問OTA服務(wù)。
五. OTA升級(jí)流程
OneNet的OTA升級(jí)流程主要為6步：
- 上報(bào)版本號(hào)---客戶端（MCU）上報(bào)當(dāng)前的一個(gè)版本號(hào)
- 檢測(cè)升級(jí)任務(wù)---檢查服務(wù)器是否有待升級(jí)的版本
- 檢測(cè)Token有效性---檢查Token密鑰，可省略
- 下載固件---應(yīng)用程序傳輸
- 上報(bào)升級(jí)狀態(tài)---上報(bào)服務(wù)端升級(jí)是否成功，不成功有對(duì)應(yīng)的響應(yīng)碼
六. OneNet服務(wù)端配置
1.首先注冊(cè)O(shè)neNet的賬號(hào)，進(jìn)入開發(fā)者中心，在導(dǎo)航欄選擇全部產(chǎn)品->遠(yuǎn)程升級(jí)OTA板塊。
2.進(jìn)入遠(yuǎn)程升級(jí)OTA界面，選擇需要升級(jí)的模塊；然后點(diǎn)擊右上角的添加升級(jí)包按鈕。FOTA升級(jí)：對(duì)設(shè)備中的模組進(jìn)行升級(jí)。SOTA升級(jí)：對(duì)設(shè)備中的應(yīng)用程序進(jìn)行升級(jí)，我這里選用的是SOTA，因?yàn)槲乙獙?duì)MCU的應(yīng)用程序升級(jí)。
3.在添加升級(jí)包對(duì)話框中，輸入固件信息，上傳固件包文件。產(chǎn)品選你要升級(jí)的設(shè)備，全部設(shè)備也可以；廠商名稱選其他，主要是與之后發(fā)的對(duì)應(yīng)上即可；模組型號(hào)同理；目標(biāo)版本是你要更新到的版本號(hào)，比如你現(xiàn)在是V01，你這里添加的固件是V02的，這個(gè)版本號(hào)就要填V02；然后上傳升級(jí)包，只支持Bin和壓縮包格式的。
4.點(diǎn)擊驗(yàn)證升級(jí)按鈕，選擇驗(yàn)證類型（完整包或者差分包），選擇進(jìn)行測(cè)試升級(jí)的設(shè)備，進(jìn)行驗(yàn)證。一般跳過驗(yàn)證就行，我這里選的是整包，差分包原理一樣。
5.單擊升級(jí)設(shè)備列表，進(jìn)入升級(jí)隊(duì)列模塊，在右上角單擊添加升級(jí)設(shè)備按鈕，新增設(shè)備升級(jí)任務(wù)。在添加待升級(jí)設(shè)備對(duì)話框中輸入對(duì)應(yīng)參數(shù)值。初始版本：就是升級(jí)前的版本，也是上次升級(jí)的版本；升級(jí)范圍就是你需要給哪些設(shè)備升級(jí)；升級(jí)時(shí)機(jī)：就是立即升級(jí)或是定時(shí)在什么時(shí)段升級(jí)；重試策略：不重試就是如果升級(jí)失敗就完事了，重試那就失敗了還能重試；信號(hào)強(qiáng)度和剩余電量只是一個(gè)信息的接口，有需要的可以讀取來用。
6.上述完成后，會(huì)出現(xiàn)“待升級(jí)”的設(shè)備，服務(wù)器這邊就算配置完了，后續(xù)要我們M客戶端進(jìn)行操作了。
七.客戶端(MCU)API訪問服務(wù)端進(jìn)行OTA升級(jí)
無線模組用的是ESP8266，由于OneNet的OTA服務(wù)用的是HTTP協(xié)議，但是ESP8266沒有HTTP協(xié)議，所以我使用TCP協(xié)議，封裝成HTTP的報(bào)文格式。
1.ESP8266初始化；連接Wifi，AP_SSID，AP_PASS是WiFi的賬號(hào)和密碼；SERVER_IP和SERVER_PORT是OneNet的Ip和端口號(hào)。
#define SERVER_IP "183.230.40.50"
#define SERVER_PORT 80
uint8_t pro = 0;
uint8_t ESP8266_Init(void)
{
switch(pro)
{
case 0 :
//printf("+++");
Uart2_Send("+++");
Delay_S(2);
if(ESP8266_SoftReset(50) == 0)
pro = 1;
break;
case 1 :
if(ESP8266_AT_Send("ATE0\\r\\n",10) == 0)
pro = 2;
break;
case 2 :
if(ESP8266_AT_Send("AT+CWMODE=1\\r\\n",50) == 0) //設(shè)置8266為STA模式
pro = 3;
break;
case 3 :
if(ESP8266_ConnectionAP(AP_SSID,AP_PASS,200) == 0) //8266連接AP
pro = 4;
break;
case 4 :
if(ESP8266_AT_Send("AT+CIPMODE=1\\r\\n",50) == 0) //8266開啟透?jìng)髂Ｊ?span>
pro = 5;
break;
case 5 :
if(ESP8266_Connect_Server(SERVER_IP,SERVER_PORT,50) == 0) //8266連接TCP服務(wù)器
{
pro = 0;
//USART1_Clear(); //清除串口數(shù)據(jù)
return 1;
}
break;
}
return 0;
}
2.上報(bào)版本號(hào)；dev_id是設(shè)備ID，authorization是鑒權(quán)參數(shù)，ver要上報(bào)的版本號(hào)，timeout發(fā)送超時(shí)時(shí)間。
//上報(bào)版本號(hào)
uint8_t Report_Version(char *dev_id,char *authorization,char *ver,uint16_t timeout)
{
uint16_t time=0;
char send_buf[296];
USART1_Clear(); //清除串口數(shù)據(jù)
snprintf(send_buf, sizeof(send_buf), "POST /ota/device/version?dev_id=%s HTTP/1.1\\r\\n"
"Authorization:%s\\r\\n"
"Host:ota.heclouds.com\\r\\n"
"Content-Type:application/json\\r\\n"
"Content-Length:%d\\r\\n\\r\\n"
"{\"s_version\":\"%s\"}",
dev_id, authorization, strlen(ver) + 16, ver);
Uart2_Send(send_buf);
while(time timeout)
{
if(strstr( (const char *)usart_info.buf , (const char *)"\"errno\":0"))
break;
Delay_Ms(100);
time++;
}
if(time >=timeout)
return 1;
else
return 0;
}
3.檢查升級(jí)任務(wù)；dev_id是設(shè)備ID，authorization是鑒權(quán)參數(shù)，cur_version是當(dāng)前的版本號(hào)，timeout發(fā)送超時(shí)時(shí)間
//檢查升級(jí)任務(wù)
uint8_t Detect_Task(char *dev_id,char *cur_version,char *authorization,uint16_t timeout)
{
uint16_t time=0;
char send_buf[280];
USART1_Clear(); //清除串口數(shù)據(jù)
snprintf(send_buf, sizeof(send_buf), "GET /ota/south/check?"
"dev_id=%s&manuf=100&model=10001&type=2&version=%s&cdn=false HTTP/1.1\\r\\n"
"Authorization:%s\\r\\n"
"Host:ota.heclouds.com\\r\\n\\r\\n",
dev_id, cur_version,authorization);
Uart2_Send(send_buf);
while(time< timeout)
{
if(strstr( (const char *)usart_info.buf , (const char *)"\"errno\":0"))
break;
Delay_Ms(100);
time++;
}
if(time >=timeout)
return 1;
else
return 0;
}
3.下載資源(我省略了"檢查token有效"步驟)；ctoken是上一步“檢查升級(jí)任務(wù)”返回的Token，這個(gè)每次請(qǐng)求都不一樣，所以注意要記錄；size：平臺(tái)返回的固件大小(字節(jié))；bytes_range：分片大小(字節(jié))
/*
************************************************************
* 函數(shù)名稱： OTA_Download_Range
*
* 函數(shù)功能： 分片下載固件
*
* 入口參數(shù)： token：平臺(tái)返回的Token
* size：平臺(tái)返回的固件大小(字節(jié))
* bytes_range：分片大小(字節(jié))
*
* 返回參數(shù)： 0-成功 其他-失敗
*
* 說明：
************************************************************
*/
uint8_t Download_Task(char *ctoken,unsigned int size, const unsigned short bytes_range,uint16_t timeout)
{
MD5_CTX md5_ctx; //MD5相關(guān)變量
unsigned char md5_t[16];
char md5_t1[16];
char md5_result[40];
uint16_t time=0;
char *data_ptr = NULL;
char send_buf[256];
unsigned char flash_buf[OTA_BUFFER_SIZE]; //flash讀寫緩存
unsigned int bytes = 0;
MD5_Init(&md5_ctx);
Flash_cashu();
while(bytes < size)
{
time = 0;
memset(send_buf, 0, sizeof(send_buf));
USART1_Clear(); //清除串口數(shù)據(jù)
snprintf(send_buf, sizeof(send_buf), "GET /ota/south/download/"
"%s HTTP/1.1\\r\\n"
"Range:bytes=%d-%d\\r\\n"
"Host:ota.heclouds.com\\r\\n\\r\\n",
ctoken, bytes, bytes + bytes_range - 1);
Uart2_Send(send_buf);
//----------------------------------------------------等待數(shù)據(jù)---------------------------------------------------------------------
while(time < 30)
{
if(usart_info.buf[0] != 0)
break;
Delay_Ms(100);
time++;
}
if(time <= 29)
{
Delay_Ms(500);
//----------------------------------------------------跳過HTTP報(bào)文頭、找到固件數(shù)據(jù)--------------------------------------------------
data_ptr = strstr( (const char *)usart_info.buf, "Range");
data_ptr = strstr(data_ptr, "\\r\\n");
data_ptr += 4;
//----------------------------------------------------將固件數(shù)據(jù)寫入緩存和閃存-----------------------------------------------------
if(data_ptr != NULL)
{
if((size - bytes) >= OTA_BUFFER_SIZE)
{
memcpy(flash_buf + (bytes % OTA_BUFFER_SIZE), data_ptr, bytes_range);
STMFLASH_Write_NoCheck(FLASH_APP1_ADDR + bytes,(uint16_t *)flash_buf,OTA_BUFFER_SIZE / 2);
bytes = bytes + OTA_BUFFER_SIZE;
MD5_Update(&md5_ctx, (unsigned char *)data_ptr, bytes_range);
}
else
{
memcpy(flash_buf + (bytes % OTA_BUFFER_SIZE), data_ptr, size - bytes);
STMFLASH_Write_NoCheck(FLASH_APP1_ADDR + bytes , (uint16_t *)flash_buf , (size % OTA_BUFFER_SIZE) / 2);
MD5_Update(&md5_ctx, (unsigned char *)data_ptr, size - bytes);
bytes = size;
}
}
}
}
//----------------------------------------------------MD校驗(yàn)比對(duì)------------------------------------------------------------------
memset(md5_result, 0, sizeof(md5_result));
MD5_Final(&md5_ctx, md5_t);
for(int i = 0; i < 16; i++)
{
if(md5_t[i] <= 0x0f)
sprintf(md5_t1, "0%x", md5_t[i]);
else
sprintf(md5_t1, "%x", md5_t[i]);
strcat(md5_result, md5_t1);
}
if(strcmp(md5_result, ota_info.md5) == 0)
return 0;
else
return 1;
}