分享朋友圈7月18-22日，STM32 線上技術(shù)周正式開講。作為ST在OTA領(lǐng)域的戰(zhàn)略合作伙伴，艾拉比亮相線上技術(shù)周，為觀眾展示如何零代碼實(shí)現(xiàn)ST MCU的差分升級(jí)，并現(xiàn)場(chǎng)基于ST MCU為大家?guī)鞳penFOTA的DEMO場(chǎng)景演示。
艾拉比物聯(lián)網(wǎng)解決方案專家鐘佳
今天我們就來聊聊基于MCU，如何零代碼實(shí)現(xiàn)OTA差分升級(jí)。
物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的OTA 在設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)過程中需要依賴于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的硬件方案。 其中，MCU 作為主控處理器在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域占著非常高的份額，廣泛分布在智能家居、三表、工業(yè)等各個(gè)領(lǐng)域。
在 MCU 的 OTA 升級(jí)方式上，目前很大部分客戶實(shí)現(xiàn)方式依舊為整包升級(jí)，舉個(gè)例子，某客戶 MCU 的 Flash 配置為 64KB，自身 APP 固件為 50KB，此時(shí)如果需要實(shí)現(xiàn) OTA 升級(jí)，大多客戶選擇的方案是：
1. 外掛一顆 64KB 或者 128KB 的 Flash
2. 選擇一顆 128KB Flash 資源的 MCU
這種情況下的升級(jí)方案通常會(huì)增加額外的研發(fā)、物料以及管理成本，這又是一筆不小的費(fèi)用支出。
在這里我們不得不提的是差分升級(jí)。差分升級(jí)相較于傳統(tǒng)的的整包升級(jí)方式，有資源需求低、升級(jí)功耗低、升級(jí)時(shí)間短及下載流量少等諸多優(yōu)勢(shì)，越來越多的成為物聯(lián)網(wǎng)升級(jí)的優(yōu)選方案。
上述案例，如果通過差分 OTA 升級(jí)，則在 64KB Flash 的 MCU 上直接可以實(shí)現(xiàn)，再加入 5KB 左右的差分升級(jí)算法后，還能剩余 9KB 左右空間來存儲(chǔ)幾 KB 的差分升級(jí)包，不增加硬件成本就可以實(shí)現(xiàn) OTA 升級(jí)。
核心技術(shù)：差分升級(jí)
差分升級(jí)又叫增量升級(jí)，顧名思義就是通過差分算法將源版本與目標(biāo)版本之間差異的部分提取出來制作成差分包，然后在設(shè)備通過還原算法將差異部分在源版本上進(jìn)行還原從而升級(jí)成目標(biāo)版本的過程。
艾拉比差分包制作、還原過程
差分升級(jí)大多是通過在升級(jí)程序(Bootloader 為主)中增加差分升級(jí)算法來實(shí)現(xiàn)，算法需要占用一些本地 Flash 和 RAM 資源。
在過去幾年，比較主流的差分算法集成的方式是通過 SDK 的形式提供差分升級(jí)能力，客戶需要將差分升級(jí) SDK 集成到設(shè)備 Bootloader 中，有一定的集成開發(fā)量。這種方式的好處是客戶可以自己根據(jù) API 進(jìn)行定制開發(fā)一些功能。
但是在整機(jī)OTA實(shí)施過程中還是會(huì)有很多問題，比如：
1、MCU 的碎片化導(dǎo)致這種集成開發(fā)方式成本較高，適配和測(cè)試周期長(zhǎng)
2、主控升級(jí)一旦失敗，整機(jī)就會(huì)變磚
3、模塊無法感知主控的升級(jí)狀態(tài)
4、芯片資源利用率不高，近場(chǎng)、遠(yuǎn)場(chǎng)的等多場(chǎng)景需求不能融合
艾拉比基于大量 MCU系統(tǒng)集成的經(jīng)驗(yàn)和認(rèn)識(shí)以及對(duì) OTA 的理解推出一種更簡(jiǎn)便，更易用的，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化的優(yōu)化方案。發(fā)現(xiàn)就模組側(cè)而言，其優(yōu)秀的升級(jí)能力和相對(duì)富余的硬件資源，相較于MCU端都更具優(yōu)勢(shì)。因此艾拉比推出標(biāo)準(zhǔn)化的OTA差分升級(jí)方案——OpenFOTA，旨在通過硬件資源較豐富芯片的FOTA能力完成其他節(jié)點(diǎn)的差分升級(jí)，該方案設(shè)計(jì)了完善的異常保護(hù)機(jī)制。
艾拉比OpenFOTA整機(jī)級(jí)解決方案
在OpenFOTA方案之前，模組只支持升級(jí)模組的應(yīng)用 APP（FOTA），使用OpenFOTA之后的模組，則可以升級(jí)MCU 的應(yīng)用 APP（FOTA），站在整機(jī)終端的角度可以分別稱之為整機(jī)固件升級(jí)（FOTA）與整機(jī)應(yīng)用升級(jí)（SOTA），所以O(shè)penFOTA方案相當(dāng)于同時(shí)賦能了物聯(lián)網(wǎng)整機(jī)設(shè)備的FOTA升級(jí)能力與SOTA升級(jí)能力。
主控處理器MCU燒錄艾拉比ELB固件，該固件是圖形化配置生成，其中包含與模組進(jìn)行OTA業(yè)務(wù)交互的UP程序以及 MCU的輕量級(jí)Bootloader引導(dǎo)程序和相關(guān)保護(hù)機(jī)制；
通信模組中已經(jīng)預(yù)先集成了艾拉比的UA差分算法、UP程序、交互邏輯接口等；
OpenFOTA差分升級(jí)方案的關(guān)鍵能力和優(yōu)勢(shì)
1、更符合整機(jī)終端的使用場(chǎng)景
OpenFOTA在廣和通模組內(nèi)構(gòu)建了完整的端、云交互業(yè)務(wù)場(chǎng)景，也同時(shí)支持近場(chǎng)本地升級(jí)刷寫。
2、支持用戶自定義模組Flash區(qū)域
用戶可自定義該區(qū)域的使用，相當(dāng)于增加了一個(gè)外掛Flash的資源供使用。
3、全面完善的升級(jí)保護(hù)機(jī)制和高可靠性
OpenFOTA自帶的斷電續(xù)升，安全鑒權(quán)等機(jī)制，更多維度，更省資源的情況下，保障了升級(jí)的可靠性和可用性，更是支持不消耗MCU資源的回滾升級(jí)。
4、MCU的差分OTA實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)勁的差分升級(jí)能力
廣和通模組側(cè)集成了艾拉比最先進(jìn)的差分升級(jí)算法，比MCU上的算法相對(duì)更高效，做出的差分包更小。
5、無需開發(fā)的整機(jī)OTA融合升級(jí)
既可以升級(jí)ST MCU 的應(yīng)用 APP(整機(jī)SOTA)，又可以升級(jí)廣和通模組的固件APP（整機(jī)FOTA）
目前艾拉比已經(jīng)適配了 ST 主流的 MCU 型號(hào)。
方案應(yīng)用：以ST MCU+廣和通通訊模塊為例
OpenFOTA 方案設(shè)備端構(gòu)成如上圖所示，主控處理器ST MCU燒錄艾拉比ELB 固件，該固件是圖形化配置生成，其中包含與模組進(jìn)行OTA業(yè)務(wù)交互的 UP 程序以及STMCU的輕量級(jí)Bootloader引導(dǎo)程序和相關(guān)保護(hù)機(jī)制，而在廣和通模組中已經(jīng)預(yù)先集成了艾拉比的 UA差分算法、UP 程序、交互邏輯接口等。
終端客戶在使用的時(shí)候只需要為選型的ST MCU燒錄ELB固件，然后搭配對(duì)應(yīng)的廣和通模塊即可，幾乎不需要再為如何實(shí)現(xiàn)FOTA而煩惱，只管驗(yàn)證和使用。
