RT-thread應(yīng)用講解——OTA

OTA（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(shè)備進行遠程管理和升級的技術(shù)。我們調(diào)試硬件設(shè)備的時候通常是通過數(shù)據(jù)線進行固件的燒錄，如果是在辦公室的環(huán)境下這種方式是很方便的，但是如果設(shè)備距離較遠，有線的方式就有很大的局限性。因此，遠程升級技術(shù)就顯得很重要了。

RT-thread有一套OTA的方案可以參考，今天主要就介紹這套方案的使用以及優(yōu)缺點。

RT-thread官方介紹：

Bootloader：https://www.rt-thread.org/document/site/#/rt-thread-version/rt-thread-standard/application-note/system/rtboot/an0028-rtboot

OTA Downloader：http://packages.rt-thread.org/detail.html?package=ota_downloader

特別說明：本教程的配置如下：

一、OTA升級原理介紹

OTA升級的固件必須要有一個存儲設(shè)備來存放，如果固件比較小，可以存放在MCU內(nèi)部FLASH（未使用的區(qū)域），如果固件較大則需要掛載一個外置的FLASH。

要進行OTA升級，我們需要使用Bootloader，它的主要功能是作為引導(dǎo)程序，更新app分區(qū)中的固件或者跳轉(zhuǎn)到app應(yīng)用程序。

Bootloader作為一個引導(dǎo)程序，我們自己編寫的代碼作為一個應(yīng)用程序，把兩個固件都燒錄到MCU里面（固件存放的位置不同）之后，MCU啟動時會先運行Bootloader，檢查片外flash是否有可升級的固件，如果有則升級固件，如果沒有則跳轉(zhuǎn)到應(yīng)用程序運行的起始地址，然后正常的運行我們的應(yīng)用程序。

具體流程如下：

1.Bootloader啟動時檢查download分區(qū)和app分區(qū)中的固件版本。
2.如果兩個固件版本相同，則跳轉(zhuǎn)到app分區(qū)，Bootloader運行結(jié)束。
3.固件版本不同則將download分區(qū)中的固件搬運到app分區(qū)。
4.在搬運的過程中Bootloader可以對固件進行校驗、解密、解壓縮等操作。
5.搬運完畢后，刪除download分區(qū)中存儲的固件。
6.重啟系統(tǒng)跳轉(zhuǎn)到app分區(qū)中的固件運行，Bootloader運行結(jié)束。

二、生成Bootloader

我這邊主要介紹的是RT-Thread開發(fā)團隊提供的通用Bootloader。

Bootloader的功能前面也有介紹了，它作為一個引導(dǎo)程序，更新app分區(qū)中的固件或者跳轉(zhuǎn)到app應(yīng)用程序。

Bootloader可以通過網(wǎng)頁端在線生成的方式來獲取。開發(fā)者根據(jù)自己使用的芯片，填寫相關(guān)參數(shù)，然后點擊生成按鈕，即可在線生成Bootloader。

Bootloader在線獲取地址： http://iot.rt-thread.com

關(guān)于Bootloader的使用在RT-Thread官網(wǎng)有非常詳細的教程，我覺得就沒有更詳細的教程了，這里就沒必要再抄一遍了，你們可以直接看官網(wǎng)的教程，我只說一下這里面的一些重點。

Bootloader：https://www.rt-thread.org/document/site/#/rt-thread-version/rt-thread-standard/application-note/system/rtboot/an0028-rtboot

提示：

1：串口輸出引腳、FLASH引腳和恢復(fù)出廠引腳的引腳號要根據(jù)自己的情況填寫，串口輸出建議使用，通過輸出的log可以清楚看到設(shè)備運行的情況，也便于查找問題。
2：FLASH引腳一定要對好，不然是不能正常加載片外flash的。
3：恢復(fù)出廠要在flash單獨分一個區(qū)域用來存放固件，根據(jù)自己是情況選擇要不要使用按鍵恢復(fù)。
4：分區(qū)表配置要和你實際的分區(qū)保持一致。
5：Bootloader固定為128k，因此MCU片內(nèi)FLASH的0x08000000-0x0801FFFF是用來存放bootloader的，app要從0x08020000開始。

下圖僅供參考，不是實際使用的配置。

我實際使用的配置如下：

硬件配置：

分區(qū)表配置：

加密壓縮：

logo和郵箱：

配置好參數(shù)之后直接生成bootloader即可。

三、制作app固件

1、掛載FLASH

首先我們要把這個片外flash掛載上。這個我之前的教程已經(jīng)介紹過了，不知道的同學(xué)可以先看下我之前的博客：RT-thread應(yīng)用講解——norflash

2、配置分區(qū)

我們在實際的應(yīng)用中片外flash可能會同時使用多個功能，比如OTA，easyflash、文件系統(tǒng)等，這個時候為了避免數(shù)據(jù)沖突，我們就要先把flash分成幾個區(qū)域。

關(guān)于FLASH分區(qū)的內(nèi)容，請參考我另外一篇博客：RT-thread應(yīng)用講解——FLASH分區(qū)

我這里的分區(qū)具體如下：

提示：實際上本教程的片外flash只使用了download分區(qū)，你們可以根據(jù)自己的情況分區(qū)。

3、下載ota_downloader軟件包

1）打開ota_downloader軟件包。

2）根據(jù)自己的情況選擇升級的方式。

提示：我這里沒有連接網(wǎng)絡(luò)，所以只選擇串口升級。想通過網(wǎng)絡(luò)升級的話要先把網(wǎng)絡(luò)模塊和webclient調(diào)試好，能正常使用http的話就可以打開這個配置使用網(wǎng)絡(luò)升級。

3）保存配置，更新軟件并重新生成新的工程。

這個應(yīng)該不用我多說了吧，會用env的同學(xué)應(yīng)該都清楚，不清楚的可以翻下我之前的博客，很多教程都有講到。

4、修改app固件配置

1）修改固件的鏈接地址

stm32f429在運行的時候是先從0x08000000地址開始的，前128k我們是用來存放bootloader的，app是從0x08020000開始運行的，所以我們要把固件的鏈接地址修改為0x08020000。

提示：地址根據(jù)自己的實際情況配置。

2）修改中斷向量表的跳轉(zhuǎn)基地址

在工程里面添加下面這段代碼，作用是重新設(shè)定中斷向量跳轉(zhuǎn)地址為 app 分區(qū)的地址。

示例代碼：

/**
 * Function    ota_app_vtor_reconfig
 * Description Set Vector Table base location to the start addr of app(RT_APP_PART_ADDR).
*/
static int ota_app_vtor_reconfig(void)
{
    #define RT_APP_PART_ADDR 0x8020000   // app運行的起始地址，根據(jù)自己的實際情況定義
    #define NVIC_VTOR_MASK   0x3FFFFF80
    /* Set the Vector Table base location by user application firmware definition */
    SCB->VTOR = RT_APP_PART_ADDR & NVIC_VTOR_MASK;

    return 0;
}
INIT_BOARD_EXPORT(ota_app_vtor_reconfig);

3）添加版本信息

為了方便查看設(shè)備運行的版本，最好在啟動的時候打印設(shè)備的版本號。

我這里直接在main函數(shù)里面寫了。

示例如下：

四、燒錄固件

固件燒錄分成兩部分，bootloader和app。燒錄可以通過ST-Link也可以通過J-Link，具體的燒錄方法這里就不說了，只需要注意燒錄的地址即可。

參考示例：

bootloader固件燒錄地址為0x08000000。

app固件燒錄地址為0x08020000。

提示：app可以直接通過keil uvision燒錄。

兩個固件都燒錄完成之后硬件重啟即可。

五、運行測試

正常運行的日志如下：

先運行bootloader再跳轉(zhuǎn)到app應(yīng)用。

六、升級測試

1、打包要升級的固件

我們先把要升級的程序調(diào)試好，確保程序沒問題，然后通過打包工具打包。

參考示例：

我這里先改一個v1.1.0版本的固件，編譯。

然后在工程目錄下ota的軟件包里面找到打包工具并運行。

注意：工具所在的路徑不能有中文。

打開打包工具，選擇自己要更新的固件，根據(jù)自己的情況修改配置，打包。

打包后的升級固件為rbl格式。

2、升級測試

使用Ymodem協(xié)議升級固件時，推薦使用Xshell終端。

在msh命令行中輸入ymodem_ota命令后，點擊鼠標右鍵，然后在菜單欄找到用YMODEM發(fā)送選項發(fā)送文件，如下圖所示：

1.選擇Ymodem方式發(fā)送升級固件。

七、注意事項

1：分區(qū)要合理。

分區(qū)大小和app固件大小有直接關(guān)系，比如我用的這款芯片ROM是512k，前128k用來存放bootloader，那就只剩384k了，所以我后面編寫的app固件大?。╞in文件）不能超過384k。如果你用的不是片外flash而是MCU的片內(nèi)flash的話，那你的分區(qū)就更加要注意了，因為除了app區(qū)還有download分區(qū)，要保證兩個固件都不超過分區(qū)的大小。

2：升級固件的bin文件大小要比app分區(qū)小，rbl文件要比download分區(qū)小。

bin文件前面已經(jīng)解釋過了，但是還有一個地方要注意，就是如果你的rbl是進過壓縮的，那實際大小會比bin文件小，存放的時候只要比download分區(qū)小即可，但是升級的時候rbl文件是會解壓的，解壓后的的大小等于這個固件bin文件的大小，因此，你的app分區(qū)一定要大于解壓后的文件大小。

3：升級固件的版本不能相同。

如果設(shè)備已經(jīng)進行過一次升級，那設(shè)備就會有版本記錄（版本號是打包固件時的版本，和你在app代碼里面定義的版本號不是同一個），那下一次升級的固件版本號（打包時的版本號）必須和之前升級的那個固件版本不同，否則會直接跳過升級流程，哪怕這個app固件實際上的代碼不一致。（升級與否只看打包時的版本號）

八、進階學(xué)習(xí)

通過串口升級的這種方式在實際的使用中還是有很大的局限性，為了增加升級的距離，可以對升級的流程進行優(yōu)化。

比如：串口升級的方式可以使用RS485，485的通訊距離很遠，在沒有網(wǎng)絡(luò)的情況下可以考慮這種方式。另外，上面的示例是用命令行啟動之后才會進入升級，實際使用中可以通過其他方式實現(xiàn)，比如按鍵觸發(fā)。

除了串口之外可以考慮通過網(wǎng)絡(luò)或者U盤來進行升級，因為這兩種方式涉及到的東西還是比較多的，我就不詳細的把每個步驟都寫出來了，大概講一下思路吧。

其實不管用哪種方式，最后OTA升級那部分都是一樣的，我們只要把升級的固件存儲到flash的download分區(qū)然后重啟就可以了，區(qū)別只在于怎么把固件存進去。

理清思路之后其實就很簡單了，U盤升級和串口升級基本一樣，串口升級是通過數(shù)據(jù)線從PC端傳輸固件，而U盤升級則是從U盤傳輸固件，只要我們把U盤掛載到虛擬文件系統(tǒng)，然后把U盤的升級固件拷貝到flash即可，后面的升級步驟都是一樣的。

U盤升級我之前做了一個例程，感興趣的同學(xué)可以下載來玩一下。

usb固件升級代碼：https://download.csdn.net/download/ShenZhen_zixian/12880749

同樣的思路，通過網(wǎng)絡(luò)升級也是一樣的，首先我們需要一個網(wǎng)絡(luò)模塊，連接上網(wǎng)絡(luò)之后通過http從網(wǎng)頁上下載升級固件到flash里面，然后再重啟升級即可。因為我這邊實際的應(yīng)用是公司量產(chǎn)的設(shè)備，用的也是公司的服務(wù)器和平臺，所以代碼就不太方便拿出來分享了，我只講一下思路，感興趣的同學(xué)可以自己嘗試。

大致的流程如下：

1：設(shè)備連接網(wǎng)絡(luò)
2：通過http定時發(fā)送請求（上傳設(shè)備當前的設(shè)備號和版本號到平臺）
3：平臺那邊根據(jù)設(shè)備上傳的設(shè)備號和版本號判斷是否要升級，如果要升級則下發(fā)固件的下載地址
4：設(shè)備下載固件并升級

九、結(jié)束語

OTA是非常使用的一門技術(shù)，特別是通過網(wǎng)絡(luò)升級，對設(shè)備的升級迭代來說是非常方便的，RT-thread的這套方案總體上還是很好用的，也不復(fù)雜，缺點就是bootloader占用的內(nèi)存比較大，希望后面可以優(yōu)化一下。

好了，關(guān)于OTA的介紹就到這里，如果還有什么問題，歡迎在評論區(qū)留言。如果這篇文章能夠幫到你，就給我點個贊吧，如果想了解更多RT-thread和單片機的內(nèi)容，可以關(guān)注一下博主，后續(xù)我還會繼續(xù)分享更多的經(jīng)驗給大家。

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