OTA升级方案

最新推荐文章于 2025-04-14 20:02:33 发布

物联网开发-阿智

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文章标签：物联网 iot 单片机

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/u010798296/article/details/145836434

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4.3.OTA升级方案

1.背景

随着时代的发展,人与人,人与物,物与物连接的需求越来越旺盛.传统设备在向智能设备转变,不在是孤立与一成不变.对于物联网时代的智能设备,OTA升级技术是一个必不可少的重要技术.

2.OTA升级的重要性

对于物联网领域,OTA在以下方面显得尤为重要:

1.实现快速上线与bug修复.与互联网敏捷开发类似,在OTA的支持下,设备可以快速上线,根据市场需求实现功能快速迭代与bug修复.

2.不同应用场景的功能定制.在物联网领域,同样的产品在不同的需求方,不同的场景下可能有不同的功能需求.通过OTA升级,可以方便快捷的解决.

3.OTA云端

4.OTA升级分类

OTA的升级分类,按不同纬度可以分成不同类别.

按模块可以分为固件升级包和软件升级包;

按升级包的完整性的话,可以分为全量升级和差分升级;

按升级的时机又可分为预约升级,立即升级等.

按程序运行区域分为原地升级和AB升级

以上是笔者根据一些经验总结出的分类.

5.OTA升级流程

大致的升级流程如下:

1.用户将升级包上传到平台后,选择设备进行升级.

2.设备通过topic收到升级包url,通过http请求进行下载操作.

3.设备将升级包下载,并触发设备内的一系列内部的升级逻辑,如校验升级包,合成升级包,解压资源,拷贝到指定路径,失败回滚等

4.向平台汇报最新版本

设备与平台交互流程

设备下载到最新升级包后流程参考 6.设备升级,7.网关子设备升级

6.OTA升级-设备与平台消息格式

采用阿里的协议,去除部分实现

参考

1. 上报版本

说明	topic	格式
上报版本	/ota/deivce/inform/${productKey}/${deviceName}

Plaintext
{
    "id": "123",
    "params": {
        "version": "1.0.1",
        "module": "MCU"
    }
}

参数	类型	说明
id	String	消息ID号。String类型的数字，取值范围0~4294967295，且每个消息ID在当前设备中具有唯一性。
version	String	OTA模块版本。
module	String	OTA模块名。说明上报默认（default）模块的版本号时，可以不上报module参数。设备的默认（default）模块的版本号代表整个设备的固件版本号。

2.获取升级信息

当用户在控制台上触发升级操作后,设备会通过升级主题的Topic收到升级包的URL.

	topic	格式
	/ota/deivce/upgrade/${productKey}/${deviceName}

升级包下载协议为HTTPS：

Plaintext
{
    "id": "123",
    "code": 200,
    "data": {
        "size": 93796291,
        "sign": "f8d85b250d4d787a9f483d89a974***",
        "version": "10.0.1.9.20171112.1432",
        "isDiff": 1,
        "url": "https://the_firmware_url",
        "signMethod": "MD5",
        "md5": "f8d85b250d4d787a9f48***",
        "module": "MCU",
        "extData":{
            "key1":"value1",
            "key2":"value2",
            "_package_udi":"{\"ota_notice\":\"升级底层摄像头驱动，解决视频图像模糊的问题。\"}"
        }
    }
}

参数说明

参数	类型	说明
id	Long	消息ID号。每个消息ID在当前设备中具有唯一性。
message	String	结果信息。
code	String	状态码。
version	String	设备升级包的版本信息。
size	Long	升级包文件大小，单位：字节。OTA升级包中仅有一个升级包文件时，包含该参数。
url	String	升级包在对象存储（OSS）上的存储地址。OTA升级包中仅有一个升级包文件，且下载协议为HTTPS时，包含该参数。
dProtocol	String	升级包下载协议。仅升级包下载协议为MQTT时，包含该参数。
streamId	Long	通过MQTT协议下载OTA升级包时的唯一标识。仅升级包下载协议为MQTT时，包含该参数。
streamFileId	Integer	单个升级包文件的唯一标识。仅升级包下载协议为MQTT时，包含该参数。
isDiff	Long	仅当升级包类型为差分时，消息包含此参数。取值为1，表示仅包含新版本升级包与之前版本的差异部分，需要设备进行差分还原。
digestsign	String	OTA升级包文件安全升级后的签名。仅当OTA升级包开启安全升级功能，才有此参数。开启OTA升级包安全升级功能的方法，请参见安全升级。
sign	String	OTA升级包文件的签名。OTA升级包中仅有一个升级包文件时，包含该参数。
signMethod	String	签名方法。取值：SHA256``MD5对于Android差分升级包类型，仅支持MD5签名方法。
md5	String	当签名方法为MD5时，除了会给sign赋值外还会给md5赋值。OTA升级包中仅有一个升级包文件时，包含该参数。
module	String	升级包所属的模块名。说明模块名为default时，物联网平台不下发module参数。
extData	Object	升级批次标签列表和推送给设备的自定义信息。_package_udi表示自定义信息的字段。单个标签格式："key":"value"。
files	Array	多个升级包文件的信息列表。OTA升级包中有多个文件时，包含该参数。每个升级包文件信息如下：fileSize：升级包文件大小。fileName：升级包文件的名称。fileUrl、fileMd5、fileSign：含义与url、md5、sign相同。

升级包下载协议为MQTT：

JSON
{
    "code":"1000",
    "data":{
        "size":432945,
        "version":"2.0.0",
        "isDiff":1,
        "signMethod":"MD5",
        "dProtocol":"mqtt",
        "streamId":1397345,
        "streamFileId":1,
        "md5":"93230c3bde425***",
        "digestsign":"A4WOP***SYHJ6DDDJD9***",
        "sign":"93230c3bde425***",
        "module":"MCU",
        "extData":{
            "key1":"value1",
            "key2":"value2"
        }
    },
    "id":1507707025,
    "message":"success"
}

3. 汇报升级进度

升级过程中，设备端向服务端推送升级进度.

	topic
主题	/ota/device/progress/${productKey}/${deviceName}

消息格式:

Plaintext
{
    "id": "123",
    "params": {
        "step": "-1",
        "desc": "OTA升级失败，请求不到升级包信息。",
        "module": "MCU"
    }
}

参数	类型	说明
id	String	消息ID号。String类型的数字，取值范围0~4294967295，且每个消息ID在当前设备中具有唯一性。
step	String	OTA升级进度。取值范围：1~100的整数：升级进度百分比。-1：升级失败。-2：下载失败。-3：校验失败。-4：烧写失败。设备上报的进度值及其描述信息，可根据设备实际升级场景在设备端配置。
desc	String	当前步骤的描述信息，长度不超过128个字符。如果发生异常，此字段可承载错误信息。
module	String	升级包所属的模块名。说明上报默认（default）模块的OTA升级进度时，可以不上报module参数。

4.汇报升级结果

设备端完成OTA升级后，推送新版本信息到Topic：/ota/device/inform/${productKey}/${deviceName}。如果上报的版本与OTA服务要求的版本一致就认为升级成功，反之失败。

说明	topic
升级结果

设备升级完成时，建议立即重启设备，设备上线后，立即上报新的版本号。

6.设备升级

当设备拿到升级包后,升级流程大致如下:

根据下载的是否是差分包,设备需要判断是否需要合成完整的升级包.

	优势	劣势
差分升级	1.包体积小,传输时间	1.实现相对复杂 /2.差分包必须有对应的基础包才可以升级
全量升级	1.实现简单 /2.拿到新的包即可升级	1.包体积相对更大,升级时间更长

6.2 AB升级,原地升级

按升级程序的运行位置,可以将升级方式分为:A/B升级,原地升级

	优势	劣势
A/B升级	1.容错率高，更能避免固件升级出错 2.升级过程不影响原有程序运行	1.至少需要两份存储程序的空间
原地升级	1.直接将程序写入指定位置,节省空间	1.容错率低,升级过程中断电,则设备无法运行

对于原地升级的问题,可以通过重新发起升级解决.如子设备发现程序损坏,重新向网关请求升级包内容;用户重新升级

7.OTA升级-网关子设备与网关(协议设计仅供参考,未验证)

子设备不直接连接物联网平台，而是通过网关与物联网平台建立连接，复用网关与物联网平台的通信通道。网关设备连接成功后，可使用通道复用能力代理子设备OTA升级，使用的Topic必须是子设备Topic，包含子设备productKey和deviceName的信息。

网关将升级包下载成功后,然后通知子设备发起升级.

网关子设备和网关之间接口各异,有通过can总线,RS232,RS485等接口连接的,有基于可靠传输协议或不可靠传输协议来传输升级包的.需要定义一个统一的升级协议来实现网关子设备的升级.

协议基础

数据类型

协议消息中使用的数据类型见表 1-1：

数据类型	描述及要求
BYTE	无符号单字节整型（字节，8位）
WORD	无符号双字节整型（字，16位）
DWORD	无符号四字节整型（双字，32位）
BYTE[n]	n字节
STRING	UTF-8编码，若无数据，置空

传输规则

协议采用大端模式（big-endian）的网络字节序来传递字和双字.

约定如下：字节（BYTE）的传输约定：按照字节流的方式传输；字（WORD）的传输约定：先传递高八位，再传递低八位；

双字节（DWORD）的传输约定：先传递高 24位，然后传递高 16位，在传递高8位，最后传递低8位。

1.消息组成


标识位(头)
消息头
消息体
校验码
标识位(尾)

2.消息头

起始字节	字段	数据类型	说明
0	命令	WORD
2	长度	WORD
4	消息流水号	BYTE	按发送顺序从 0开始循环累加
5	消息体属性	BYTE	是否分包,加密方式
6	(非必须)消息包封装	WORD	如果消息体属性中相关标识位确定消息分包处理，则该项有内容，否则无该项

2.1消息体属性

7	6	5	4	3	2	1	0
保留	保留	分包	数据加密方式	是否需要响应	消息体编解码方式	保留	保留

字段	说明
分包	1 分包, 0 不分包
数据加密方式	0: 无
是否需要响应	0: 无需 1:需要
消息体编解码方式	0:默认 1:json 2:probuffer

2.2 消息包封装

当消息体属性中第 5 位为 1 时表示消息体为长消息，进行分包发送处理，具体分包信息由消息包封装项决定；若第 13位为 0，则消息头中无消息包封装项字段。

起始字节	字段	数据类型	描述及要求
0	消息总包数	WORD	该消息分包后的总包数
2	包序号	WORD	从 1开始

3.标识位

头:0x7e

尾巴:0x7e

4.校验码

校验码指从消息头开始，同后一字节异或，直到校验码前一个字节。校验码占用 1个字节。

升级协议格式

消息体格式

1.通用响应

命令:0x80

消息头的消息流水号为请求的消息流水号

起始字节	字段	数据类型	描述及要求
0	结果	BYTE	0：成功/确认；1：失败；2：消息有误； 3：不支持

1.通知升级

网关端发起,子设备响应

命令:0x1

默认编码方式

起始字节	字段	数据类型	举例
0	版本号长度	BYTE	n
1	版本号	BYTE数组
1+n	模块名称长度	BYTE	m
1+n+m	模块名称	BYTE数组

通用响应

0x80

2.发起升级请求

子设备发起,网关响应

请求命令: 0x2

默认编码方式

起始字节	字段	数据类型	举例	必填
0	当前版本号长度	BYTE	n
1	单前版本号	BYTE数组
1+n	当前模块名称长度	BYTE	m
1+n+m	当前模块名称	String		否

响应: 0x82

默认编码方式

起始字节	字段	数据类型	举例	必填
0	版本号长度	BYTE	n
1	版本号	String
1+n	模块名称长度	Byte	m
1+n+m	模块名称	String		否
1+n+m+1	包大小	WORD
	包md5码