干货 | 嵌入式OTA升级实现原理

我曾经一个经理，被老板骂到狗血淋头的场景，还历历在目。

原因是，产品大批量出货了，发现了一个偶发性的BUG。

这意味着，所有卖出去的产品，都得退回来，重新烧录程序。

估计当时经理在想，如果这个产品支持OTA升级就好了。

OTA升级是一种无线远程固件升级技术，作用就是为了修改程序的bug，或者升级程序功能，像手机系统更新，还有就是我们现在很多车，也支持OTA固件升级。

以前我们做单片机开发时，压力特别大，产品一定要在大批量上市前，进行系统测试，保证出去以后不能有问题。

毕竟不能像电脑或者手机上的软件那样，功能有BUG，直接远程升级就好了。

以前单片机类的产品，大多数都不支持OTA升级，程序出现问题，就得让客户退回来改。

后面随着物联网技术的发展，让传统硬件能够接入互联网，OTA升级才开始流行。

我第一次接触OTA升级，感觉很高大上，很复杂的样子，如果你去网上看理论知识，确实如此。

但是如果你有一个项目去实际应用一下，并没想象这么复杂。

下面以我们无际项目特训营的项目6来举例，如何一步步实现OTA升级？

OTA升级，说简单点，就是对我们单片机Flash里面的程序进行更新，就和我们用烧录工具去更新程序一样，只是烧录方式，变成了我们先把程序(Bin文件)先上传到服务器，然后由服务器给每个设备下发程序更新指令和数据。

一、固件升级的2种方式

1.方式1

这个方式将单片机的FLash分成了3块，分别是BootLoader、程序块A、程序块B。

BootLoader是引导程序，假设FLASH-A是应用程序(程序块A)，FLASH-B是备份程序区(程序块B)。

单片机上电后，先进入启动程序bootLoader，然后根据bootLoader程序逻辑，再跳转到程序块A或者B。

程序块A和程序块B都是有效的程序，但同一时间，只能运行其中的一个，另外一块作为备份块。

假如当前程序运行的是A部分的代码，那我们固件升级的时候，就升级程序块B部分的代码，如果程序B升级OK，则由bootLoader程序，指向程序块B区的起始位置，下次程序重启，则执行程序块B。

这种方式，需要单片机Flash的容量空间足够大，应用的程序代码不能超过Flash容量的50%，因为要存储3个程序。

2.方式2

这种方式Flash空间由2部分组成，分别是BootLoader和FlASH(程序区)，但需要外挂Flash芯片，用来保存新下载的程序。

有固件升级的时候，先把升级的固件下载保存到外挂的Flash中。

下载的程序验证OK后，由BootLoader将外部Flash中的固件更新到程序区，更新完跳转执行。

二、服务器和MCU的通讯机制

固件升级的服务器和单片机的通讯机制很重要，如果通讯机制设计的不够合理，会影响通讯的稳定性，我们之前也踩过很多坑。

通讯机制这块的设计，我大概分为通讯流程和协议设计两部分，两者是相辅相成的，协议设计越好，通讯流程就越简单。

早期，我对接过一些第三方云平台，有些平台，我怀疑是干java设计的通讯流程和协议，在协议设计上经验不足，如果通讯流程和协议设计不好，明明可以用一条指令搞定，最后要2，3条指令，增加通讯双方的程序难度，稳定性也会受影响。

1.通讯流程：

首先，把要更新的固件上传到我们云平台，版本号要比原来的高。

另外固件一般是bin格式文件。

如何生产bin 文件？

要生产bin 文件，需要在Keil按照下图配置：

fromelf.exe --bin -o "$L@L.bin" "#L"

下图是我们项目6硬件端获取固件的流程图。

单片机定时查询服务器的固件状态，看是否有新的固件需要更新。

有新的固件，需要先获取固件的版本，判断是否比主机当前的版本号高，如果是，则更新固件。

同时，还会获取最新固件的大小（字节的个数），数据包的个数，固件的校验值等。

主机按照数据包的ID，向服务器获取固件，每获取一包数据就立即校验数据，校验通过，再获取下一包的数据。

所有固件都下载完成后，需要对下载固件进行整体校验，校验通过，则说明下载的固件有效。

重启设备，程序自动跳转到启动程序，更新程序区部分的固件，固件升级成功。

大致通讯流程设计好以后，我们还要设计一个通讯协议：

三、单片机程序设计

我们单片机这边，要写两个程序，一个是bootLoader程序，一个是产品应用程序(APP...)。

1.bootLoader程序

设备每次上电前，会先执行BootLoader程序，该程序会判断产品应用程序，是否需要更新，更新完后，重新跳转到新的产品应用程序执行，下面是跳转代码。

2.产品应用程序

主要是产品的功能。

四、全量升级和差分升级。

全量升级就是每次都更新整个固件，差分升级就是更新时，会和老版本固件进行数据比对，修改的部分，才会升级。

很明显，差分升级效率会高很多，特别适合那种固件大的，比如汽车上的固件，手机上的固件，但是实现起来也相对复杂一些。

文章篇幅有限，视频都要讲10几节课。

OTA升级，如果光看理论，会感觉比较复杂，其实跟着做一个项目，会发现很多理论都是纸老虎。

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