RT-thread應(yīng)用講解——OTA

OTA（空中下載技術(shù)）是通過(guò)移動(dòng)通信的空中接口實(shí)現(xiàn)對(duì)移動(dòng)終端設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程管理和升級(jí)的技術(shù)。我們調(diào)試硬件設(shè)備的時(shí)候通常是通過(guò)數(shù)據(jù)線(xiàn)進(jìn)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(yuǎn)，有線(xiàn)的方式就有很大的局限性。因此，遠(yuǎn)程升級(jí)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(diǎn)。

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(shuō)明：本教程的配置如下：

一、OTA升級(jí)原理介紹

OTA升級(jí)的固件必須要有一個(gè)存儲(chǔ)設(shè)備來(lái)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(gè)外置的FLASH。

要進(jìn)行OTA升級(jí)，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(gè)引導(dǎo)程序，我們自己編寫(xiě)的代碼作為一個(gè)應(yīng)用程序，把兩個(gè)固件都燒錄到MCU里面（固件存放的位置不同）之后，MCU啟動(dòng)時(shí)會(huì)先運(yùn)行Bootloader，檢查片外flash是否有可升級(jí)的固件，如果有則升級(jí)固件，如果沒(méi)有則跳轉(zhuǎn)到應(yīng)用程序運(yùn)行的起始地址，然后正常的運(yùn)行我們的應(yīng)用程序。

具體流程如下：

1.Bootloader啟動(dòng)時(shí)檢查download分區(qū)和app分區(qū)中的固件版本。
2.如果兩個(gè)固件版本相同，則跳轉(zhuǎn)到app分區(qū)，Bootloader運(yùn)行結(jié)束。
3.固件版本不同則將download分區(qū)中的固件搬運(yùn)到app分區(qū)。
4.在搬運(yùn)的過(guò)程中Bootloader可以對(duì)固件進(jìn)行校驗(yàn)、解密、解壓縮等操作。
5.搬運(yùn)完畢后，刪除download分區(qū)中存儲(chǔ)的固件。
6.重啟系統(tǒng)跳轉(zhuǎn)到app分區(qū)中的固件運(yùn)行，Bootloader運(yùn)行結(jié)束。

二、生成Bootloader

我這邊主要介紹的是RT-Thread開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)提供的通用Bootloader。

Bootloader的功能前面也有介紹了，它作為一個(gè)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(guò)網(wǎng)頁(yè)端在線(xiàn)生成的方式來(lái)獲取。開(kāi)發(fā)者根據(jù)自己使用的芯片，填寫(xiě)相關(guān)參數(shù)，然后點(diǎn)擊生成按鈕，即可在線(xiàn)生成Bootloader。

Bootloader在線(xiàn)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(xì)的教程，我覺(jué)得就沒(méi)有更詳細(xì)的教程了，這里就沒(méi)必要再抄一遍了，你們可以直接看官網(wǎng)的教程，我只說(shuō)一下這里面的一些重點(diǎn)。

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(hào)要根據(jù)自己的情況填寫(xiě)，串口輸出建議使用，通過(guò)輸出的log可以清楚看到設(shè)備運(yùn)行的情況，也便于查找問(wèn)題。
2：FLASH引腳一定要對(duì)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(dú)分一個(gè)區(qū)域用來(lái)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(shí)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(lái)存放bootloader的，app要從0x08020000開(kāi)始。

下圖僅供參考，不是實(shí)際使用的配置。

我實(shí)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(gè)片外flash掛載上。這個(gè)我之前的教程已經(jīng)介紹過(guò)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?cè)趯?shí)際的應(yīng)用中片外flash可能會(huì)同時(shí)使用多個(gè)功能，比如OTA，easyflash、文件系統(tǒng)等，這個(gè)時(shí)候?yàn)榱吮苊鈹?shù)據(jù)沖突，我們就要先把flash分成幾個(gè)區(qū)域。

關(guān)于FLASH分區(qū)的內(nèi)容，請(qǐng)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(shí)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(kāi)ota_downloader軟件包。

2）根據(jù)自己的情況選擇升級(jí)的方式。

提示：我這里沒(méi)有連接網(wǎng)絡(luò)，所以只選擇串口升級(jí)。想通過(guò)網(wǎng)絡(luò)升級(jí)的話(huà)要先把網(wǎng)絡(luò)模塊和webclient調(diào)試好，能正常使用http的話(huà)就可以打開(kāi)這個(gè)配置使用網(wǎng)絡(luò)升級(jí)。

3）保存配置，更新軟件并重新生成新的工程。

這個(gè)應(yīng)該不用我多說(shuō)了吧，會(huì)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(yùn)行的時(shí)候是先從0x08000000地址開(kāi)始的，前128k我們是用來(lái)存放bootloader的，app是從0x08020000開(kāi)始運(yùn)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(shí)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(yùn)行的起始地址，根據(jù)自己的實(shí)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(yùn)行的版本，最好在啟動(dòng)的時(shí)候打印設(shè)備的版本號(hào)。

我這里直接在main函數(shù)里面寫(xiě)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(guò)ST-Link也可以通過(guò)J-Link，具體的燒錄方法這里就不說(shuō)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(guò)keil uvision燒錄。

兩個(gè)固件都燒錄完成之后硬件重啟即可。

五、運(yùn)行測(cè)試

正常運(yùn)行的日志如下：

先運(yùn)行bootloader再跳轉(zhuǎn)到app應(yīng)用。

六、升級(jí)測(cè)試

1、打包要升級(jí)的固件

我們先把要升級(jí)的程序調(diào)試好，確保程序沒(méi)問(wèn)題，然后通過(guò)打包工具打包。

參考示例：

我這里先改一個(gè)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(yùn)行。

注意：工具所在的路徑不能有中文。

打開(kāi)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(jí)固件為rbl格式。

2、升級(jí)測(cè)試

使用Ymodem協(xié)議升級(jí)固件時(shí)，推薦使用Xshell終端。

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

1.選擇Ymodem方式發(fā)送升級(jí)固件。

七、注意事項(xiàng)

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(lái)存放bootloader，那就只剩384k了，所以我后面編寫(xiě)的app固件大?。╞in文件）不能超過(guò)384k。如果你用的不是片外flash而是MCU的片內(nèi)flash的話(huà)，那你的分區(qū)就更加要注意了，因?yàn)槌薬pp區(qū)還有download分區(qū)，要保證兩個(gè)固件都不超過(guò)分區(qū)的大小。

2：升級(jí)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(guò)了，但是還有一個(gè)地方要注意，就是如果你的rbl是進(jìn)過(guò)壓縮的，那實(shí)際大小會(huì)比bin文件小，存放的時(shí)候只要比download分區(qū)小即可，但是升級(jí)的時(shí)候rbl文件是會(huì)解壓的，解壓后的的大小等于這個(gè)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(jí)固件的版本不能相同。

如果設(shè)備已經(jīng)進(jìn)行過(guò)一次升級(jí)，那設(shè)備就會(huì)有版本記錄（版本號(hào)是打包固件時(shí)的版本，和你在app代碼里面定義的版本號(hào)不是同一個(gè)），那下一次升級(jí)的固件版本號(hào)（打包時(shí)的版本號(hào)）必須和之前升級(jí)的那個(gè)固件版本不同，否則會(huì)直接跳過(guò)升級(jí)流程，哪怕這個(gè)app固件實(shí)際上的代碼不一致。（升級(jí)與否只看打包時(shí)的版本號(hào)）

八、進(jìn)階學(xué)習(xí)

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

比如：串口升級(jí)的方式可以使用RS485，485的通訊距離很遠(yuǎn)，在沒(méi)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(dòng)之后才會(huì)進(jìn)入升級(jí)，實(shí)際使用中可以通過(guò)其他方式實(shí)現(xiàn)，比如按鍵觸發(fā)。

除了串口之外可以考慮通過(guò)網(wǎng)絡(luò)或者U盤(pán)來(lái)進(jìn)行升級(jí)，因?yàn)檫@兩種方式涉及到的東西還是比較多的，我就不詳細(xì)的把每個(gè)步驟都寫(xiě)出來(lái)了，大概講一下思路吧。

其實(shí)不管用哪種方式，最后OTA升級(jí)那部分都是一樣的，我們只要把升級(jí)的固件存儲(chǔ)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(jìn)去。

理清思路之后其實(shí)就很簡(jiǎn)單了，U盤(pán)升級(jí)和串口升級(jí)基本一樣，串口升級(jí)是通過(guò)數(shù)據(jù)線(xiàn)從PC端傳輸固件，而U盤(pán)升級(jí)則是從U盤(pán)傳輸固件，只要我們把U盤(pán)掛載到虛擬文件系統(tǒng)，然后把U盤(pán)的升級(jí)固件拷貝到flash即可，后面的升級(jí)步驟都是一樣的。

U盤(pán)升級(jí)我之前做了一個(gè)例程，感興趣的同學(xué)可以下載來(lái)玩一下。

usb固件升級(jí)代碼：https://download.csdn.net/download/ShenZhen_zixian/12880749

同樣的思路，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)升級(jí)也是一樣的，首先我們需要一個(gè)網(wǎng)絡(luò)模塊，連接上網(wǎng)絡(luò)之后通過(guò)http從網(wǎng)頁(yè)上下載升級(jí)固件到flash里面，然后再重啟升級(jí)即可。因?yàn)槲疫@邊實(shí)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(tái)，所以代碼就不太方便拿出來(lái)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(guò)http定時(shí)發(fā)送請(qǐng)求（上傳設(shè)備當(dāng)前的設(shè)備號(hào)和版本號(hào)到平臺(tái)）
3：平臺(tái)那邊根據(jù)設(shè)備上傳的設(shè)備號(hào)和版本號(hào)判斷是否要升級(jí)，如果要升級(jí)則下發(fā)固件的下載地址
4：設(shè)備下載固件并升級(jí)

九、結(jié)束語(yǔ)

OTA是非常使用的一門(mén)技術(shù)，特別是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)升級(jí)，對(duì)設(shè)備的升級(jí)迭代來(lái)說(shuō)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(diǎn)就是bootloader占用的內(nèi)存比較大，希望后面可以?xún)?yōu)化一下。

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

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