嵌入式设备OTA升级的大致过程

大家都把我的这个旅游过程叫做 OTA ,也就是在线升级。

OTA概述

大家好,我是一个软件升级包。这几天呢,我将会进行一次神奇的网络之旅,从开发者的电脑中,一直跑到终端嵌入式设备中。

大家都把我的这个旅游过程叫做 OTA,也就是在线升级。

那么啥叫 OTA 呢?全称是:Over the Air Technology,其实就是通过网络来把一个新的软件包从服务器上下载下来,更新到设备上。

OTA process

首先有一个问题:为什么叫软件升级包,而不叫固件升级包呢?

其实在本质上,固件也是属于软件,大家都是用代码写出来的嘛!

虽然这两个说法很近似,但是有一部分小伙伴还是在狭义上对它们进行了一些区分。

既然如此,我们也就暂且把它俩进行一下区别:

  1. 固件:是指一些没有文件系统的嵌入式设备中,把 Flash 分成不同的功能分区。可执行程序需要放在某个固定的起始位置,才能被 bootloader 进行启动。
  2. 软件:是指具有文件系统的嵌入式设备,可执行程序直接放在文件系统中。当设备启动之后,操作系统会启动文件系统中的可执行程序。

没有文件系统的嵌入式设备:

OTA process

带有文件系统的设备:

OTA process

我知道以上这样的区分方式不是很严谨,但是谁又说得清楚严谨的定义是什么呢?

暂且先这么来区分,只要不影响对文章的理解就可以了!

一个嵌入式设备在进行软件升级的时候,从宏观的角度看,可以分为2 个阶段:

  1. 下载升级包;
  2. 解压升级包,写入 flash 或文件系统;

今天呢,主要以第 1 阶段为主,带你看一下我是如何从开发者的电脑里,一步一步的被嵌入式设备下载到本地的。

下面是一个完整的过程,让您先睹为快!

OTA process

上传升级包

为了便于描述,我们来假设一个场景:运行在设备中的软件一共有 3 个文件:

  1. main 文件:可执行程序;
  2. config.ini:配置文件;
  3. mylib.so:一个动态库文件,里面包含一个算法,被 main 文件调用;

目前呢,设备中运行的版本是 V1.0,现在开发人员对 mylib.so 库中的算法进行了优化,升级为 V2.0 版本,现在需要把这个新版本升级到嵌入式设备中。

首先第一步需要做的事情,咱们用脚后跟都能想得到,那就是把 V2.0 版本的程序软件上传到文件服务器中。

有一点提醒一下:很多云平台都会把应用服务器和文件服务器进行区分。当然,如果仅仅是测试的话,它俩可以在同一台物理服务器上共存。

比如:亚马逊的 AWS 平台,就是把升级包上传到 S3 服务器中。

现在要对 V2.0 版本的程序进行打包了,在这里,除了 main、config.ini、mylib.so 这 3 个文件之外,我们还把另一个脚本文件 upgrade.sh 也放进打包文件中。

这个文件的作用暂且不说,到后面会为您揭晓答案。

Bingo - V2.0 版本的升级包诞生了:app_v2_0.tgz,上传到文件服务器上之后,地址为:http://fileserve/app_v2_0.tgz。

OTA process

上传升级包描述文件

现在,V2.0 版本的升级包已经上传到文件服务器中了,是否现在就可以命令嵌入设备去下载、升级了呢?

我们知道,在一个物联网系统中,一般都是存在着很多个终端设备的。

这些设备可能处于正在运行状态、也可能处于断电状态,而且咱们也不能假设所有的设备都在同一个时间点进行升级。

再而且,一个设备进行升级之后,就变成了最新的 V2.0 版本,那么这个设备就应该有能力知道服务器上的最新版本是 V2.0 版本,这样它就不需要升级了。

因此,还需要一个新的文件来描述文件服务器中的 V2.0 版本的升级包,就叫它:升级包描述文件 app_desc.json,它的内容是 json 格式的字符串:

OTA process

version 字段描述了文件服务器上升级包的版本,这样的话,设备就可以知道到服务器中的最新版本。

url 字段描述了升级包的下载地址,设备如果发现自己的版本低于 version 字段中的版本,就可以从这个地址下载新的升级包。

md5 字段描述了服务器中最新升级包的指纹信息,当设备把服务器上的升级包下载之后,需要计算一下升级包的 MD5 值,然后与这里的 md5 字段进行比较,如果相同的话,说明下载的升级包没有问题,没有被恶意的家伙掉包。

了解了升级包描述文件 app_desc.json 的作用之后,这个文件就被上传到应用服务器中了。

OTA process

下载升级包描述文件

此时,作为升级包的我,已经静静的躺在文件服务器中了,我的兄弟升级包描述文件 app_desc.json 呢,也在应用服务器中准备就绪了,现在就等着嵌入式设备开始升级。

万事俱备,只欠东风了!应该说只欠一个触发嵌入式设备进行升级的动作了!

那么,应该在什么时候?由谁?来告诉设备:你正在运行的软件太旧了,服务器上现在有最新的版本,你去升级一下吧!

这个问题的答案就是:八仙过海,各显神通了!

比如:

  1. 亚马逊的 AWS 平台,是通过在云平台中部署一个 job,来通知每一个需要升级的设备;
  2. 也可以通过一个手机 APP,向某一个嵌入式设备主动发起一个指令:嘿,老兄,请升级一下你的软件;

OTA process

当终端设备收到升级命令之后,第一步就是下载升级包描述信息。

OTA process

下载之后,解析这个 json 格式的文本内容,提取出 version 信息之后,与当前正在运行的软件版本进行比较。

如果服务器中的版本比较新,那么就继续提取 url 字段中的升级包下载地址,然后开始从文件服务器中下载新的升级包。

如果当前运行的版本已经是最新的了,那就到此结束!

下载升级包

到了下载升级包的过程就简单了,你可以直接用 wget 等工具来下载,也可以利用 curl 库来手写下载代码。

总之,你可以有一万种方式把我下载到设备中。

OTA process

下载完成之后,有一件很重要的事情千万别忘记了,那就是:检查下载的升级包是否正确!

还记得升级包描述文件中的 md5 字段吗?那就是我的指纹信息。

你需要首先计算一下下载的升级包的 md5 值,然后与升级包描述文件中的 md5 字段中的值进行比对,如果完全一致,那就放心大胆的开始解压、升级吧!