STM32的OTA遠程升級
上次發(fā)過SD卡的Bootloader離線升級后，應大家的要求，這次就講一下STM32的OTA遠程升級。
OTA又叫空中下載技術(shù)，是通過移動通信的空中接口實現(xiàn)對移動終端設備數(shù)據(jù)進行遠程管理的技術(shù)，還能提供移動化的新業(yè)務下載功能。
要實現(xiàn)OTA功能，至少需要兩塊設備，分別是服務器與客戶端。服務器只有一個，客戶端可有多個。服務器通過串口與PC機連接，需要下載的鏡像文件存放于PC機，命令執(zhí)行器給服務器發(fā)命令及鏡像文件。首先命令執(zhí)行器控制服務器廣播當前可用的鏡像文件信息，客戶端收到信息后進行對比，若有與自身相匹配的鏡像，則向服務器請求數(shù)據(jù)。服務器收到請求后向命令執(zhí)行器索取固定大小的塊，再點對點傳送給客戶端。鏡像傳輸完畢后，客戶端進行校驗，完成后發(fā)送終止信號。
一. 升級方式的對比
OTA升級與平時用到的SD卡升級、串口升級等等大體原理上是一樣的，都是對MCU的Flash進行操作而已。
收到升級指令——>MCU復位或者跳轉(zhuǎn)到Boot程序區(qū)——>擦除對應的Flash區(qū)域——>獲取APP數(shù)據(jù)——>寫入FLASH數(shù)據(jù)——>校驗——>跳轉(zhuǎn)到APP應用程序區(qū)
OTA與其他本地升級的區(qū)別就是：獲取數(shù)據(jù)的方式不同。比如串口升級，就是通過上位機傳輸?shù)組CU串口上的數(shù)據(jù)；SD卡升級，就是通過讀取SD卡，把程序通過SPI傳輸?shù)組CU上；而OTA升級，就是通過帶無線傳輸?shù)哪K，把程序傳輸?shù)組CU上。例如：藍牙、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，只是服務端不再是PC端了，而是網(wǎng)絡服務器。
二. 硬件選擇
MCU我這里選用的是STM32F030F4P6的芯片，16K的Flash，應該是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也可以進行OTA升級。
無線模塊我使用的是ESP-8266，WIfi傳輸方式，應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LED燈，可以明顯的看出是否升級成功。
三. 網(wǎng)絡服務器的選擇
網(wǎng)絡服務器多種多樣，常用的有阿里云、百度云、騰訊云、移動云等等，有條件的，還可以使用自己的服務器?？傊枰獙崿F(xiàn)：網(wǎng)絡服務器可以與我們的無線模塊進行大數(shù)據(jù)通信。
我這里選用的是OneNet移動云（OTA服務之前是免費，現(xiàn)在是前100個設備免費，之后每增加一個設備1元錢永久），我感覺OneNet相對于阿里云較為簡單，沒有阿里云那么繁瑣，不過阿里云還是比OneNet更專業(yè)一點（個人見解），其他的沒有用過，大家都可以去試試。
四. 網(wǎng)絡服務器的傳輸方式
我這里使用的是OneNet的服務器，它的OTA服務是通過Http協(xié)議進行傳輸?shù)?，有對應的API，我們可以通過OneNet釋放的API去訪問OTA服務。
五. OTA升級流程
OneNet的OTA升級流程主要為6步：
- 上報版本號---客戶端（MCU）上報當前的一個版本號
- 檢測升級任務---檢查服務器是否有待升級的版本
- 檢測Token有效性---檢查Token密鑰，可省略
- 下載固件---應用程序傳輸
- 上報升級狀態(tài)---上報服務端升級是否成功，不成功有對應的響應碼
六. OneNet服務端配置
1.首先注冊OneNet的賬號，進入開發(fā)者中心，在導航欄選擇全部產(chǎn)品->遠程升級OTA板塊。
2.進入遠程升級OTA界面，選擇需要升級的模塊；然后點擊右上角的添加升級包按鈕。FOTA升級：對設備中的模組進行升級。SOTA升級：對設備中的應用程序進行升級，我這里選用的是SOTA，因為我要對MCU的應用程序升級。
3.在添加升級包對話框中，輸入固件信息，上傳固件包文件。產(chǎn)品選你要升級的設備，全部設備也可以；廠商名稱選其他，主要是與之后發(fā)的對應上即可；模組型號同理；目標版本是你要更新到的版本號，比如你現(xiàn)在是V01，你這里添加的固件是V02的，這個版本號就要填V02；然后上傳升級包，只支持Bin和壓縮包格式的。
4.點擊驗證升級按鈕，選擇驗證類型（完整包或者差分包），選擇進行測試升級的設備，進行驗證。一般跳過驗證就行，我這里選的是整包，差分包原理一樣。
5.單擊升級設備列表，進入升級隊列模塊，在右上角單擊添加升級設備按鈕，新增設備升級任務。在添加待升級設備對話框中輸入對應參數(shù)值。初始版本：就是升級前的版本，也是上次升級的版本；升級范圍就是你需要給哪些設備升級；升級時機：就是立即升級或是定時在什么時段升級；重試策略：不重試就是如果升級失敗就完事了，重試那就失敗了還能重試；信號強度和剩余電量只是一個信息的接口，有需要的可以讀取來用。
6.上述完成后，會出現(xiàn)“待升級”的設備，服務器這邊就算配置完了，后續(xù)要我們M客戶端進行操作了。
七.客戶端(MCU)API訪問服務端進行OTA升級
無線模組用的是ESP8266，由于OneNet的OTA服務用的是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的報文格式。
1.ESP8266初始化；連接Wifi，AP_SSID，AP_PASS是WiFi的賬號和密碼；SERVER_IP和SERVER_PORT是OneNet的Ip和端口號。
#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開啟透傳模式
pro = 5;
break;
case 5 :
if(ESP8266_Connect_Server(SERVER_IP,SERVER_PORT,50) == 0) //8266連接TCP服務器
{
pro = 0;
//USART1_Clear(); //清除串口數(shù)據(jù)
return 1;
}
break;
}
return 0;
}
2.上報版本號；dev_id是設備ID，authorization是鑒權(quán)參數(shù)，ver要上報的版本號，timeout發(fā)送超時時間。
//上報版本號
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.檢查升級任務；dev_id是設備ID，authorization是鑒權(quán)參數(shù)，cur_version是當前的版本號，timeout發(fā)送超時時間
//檢查升級任務
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“檢查升級任務”返回的Token，這個每次請求都不一樣，所以注意要記錄；size：平臺返回的固件大小(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：平臺返回的Token
* size：平臺返回的固件大小(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校驗比對------------------------------------------------------------------
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;
}