CN115658120A - 微电脑通用的ota升级方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微电脑通用的OTA升级方法。所述方法采用终端芯片与云端交互，分段、逐点差分还原升级微电脑固件；同时，针对不同型号的微电脑，能够在线制作相应内容的BootLoader和SDK并集成到终端芯片内，解决了微电脑种类繁多，其自身flash和Ram空间小的问题，提升升级效率和用户体验，降低厂商维护成本。

Description

微电脑通用的OTA升级方法

技术领域

本发明涉及一种微电脑升级技术领域，特别涉及一种固件差分还原方法、物联网通信技术。

背景技术

微电脑即单片机，是一种集成电路芯片，搭载在各类智能设备中，其中的应用可能存在缺陷或厂家会针对应用进行功能优化或升级，需对应用进行更新才能继续使用。OTA技术（Over The Air Technology，即空中系统升级技术或空中下载技术），无需用户前往修理代理点，就能对智能设备的应用进行更新，从而使用户获得较好的使用体验，并降低各开发商的开发成本和维护成本，因此成为各种智能设备的应用升级趋势。

当前OTA系统升级方式为，由云端升级平台通过安全网络连接将升级包发送给智能终端，智能终端客户端解析升级包，进而更新旧应用。由于OTA技术多用于Android智能终端、汽车车载联网终端、嵌入式系统终端等，均取得不错表现。现有技术中，针对微电脑固件应用的升级难以适应。

在D1：CN111722851A中公开了一种基于单片机的支持多云平台链接的装置和方法，包括：

1.BootLoader模块，包含启动参数识别功能及跳转到指定组合SDK工程功能；

2.组合SDK工程模块，包含SDK组合功能及切换SDK工程功能，SDK组合包含一个或多个SDK固件；

3.组合SK工程模块n，n代表组合SDK工程模块数量；

3.编译、链接模块，该模块包含工程选择功能、镜像空间定义功能；Makefile根据传入参数将一个或多个SDK编译在指定工程文件中，根据镜像空间定义文件将工程文件链接为镜像文件；

4.镜像烧录模块，将BootLoader、工程模块的bin文件按照启动顺序烧录在处理器的flash上。

该发明所述方法包括以下步骤：（1）编写BootLoader代码，实现启动参数识别功能、跳转功能；（2）编写第一个工程文件源码，实现第一个SDK组合工程、切换SDK工程功能；（3）在第一个工程文件源码上实现第二个到第n个SDK组合工程，并增加工程宏开关；（4）根据Makefile中定义的宏打开需要被编译工程大道宏开关，编译链接得到对应工程的镜像文件；通过多次调用不同的Makefile文件，最终生成所有的工程镜像文件；同时编译生成BootLoader镜像文件；（5）将所有的镜像文件烧录到控制器上。

该发明存在的问题如下:

1.各类型单片机及应用软件对SDK文件的需求不同，即当面对多种单片机与应用软甲的升级处理时，所述方法的SDK工程模块数量会增加；

2.该发明在升级过程中，镜像文件的烧录需占用flash，对于本身flash空间不足的单片机在升级过程中容易造成读写死机的问题。

由于微电脑多搭载简单系统或不搭载系统，搭载的系统多种多样，类型繁多，自身的flash和ram空间普通较小，硬件资源有限，工作环境不确定，存在应用升级被意外终止的风险。

综上，在微电脑升级时，少占用或不占用flash和ram，同时增加各类型微电脑升级的适配度，难度较大。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中，对微电脑种类繁多、硬件资源不足、升级难度较大的问题，提供一种通用稳定可靠的OTA升级方法。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种微电脑通用的升级方法，应用在所述微电脑终端芯片内，分别依托于BootLoader和SDK，包括：

由云端平台在线制作BootLoader和SDK，完成对固件的校验和差分还原升级。

优选地，SDK提供应用软件可以访问云端平台的安全接口。

优选地，云端平台依据终端芯片软件信息下发固件升级信息。

优选地，在线制作，需用户提供包括芯片类型、flash大小、flash sector大小、flash预留空间大小、应用软件大小和应用软件起始位。

优选地，终端芯片会校验固件升级信息，如果校验成功，则通过网络分段下载OTA升级包；如果校验失败，终端芯片不下载。

优选地，校验完成后，会校验OTA升级包的完整性，并在终端芯片重启后开始升级任务。

优选地，所述固件差分还原升级，是通过分段、逐点，只更改需要修改的部分，减少占用flash空间。

优选地，升级过程中，使用1Sector空间保存升级现场。

优选地，升级完成后，会校验生成的新应用软件。

优选地，所述BootLoader和SDK封装5个模块，包括云端交互模块、芯片通信模块、升级控制模块、升级代理模块、数据管理模块，被集成到应用软件中，链接远程云端、应用软件与BootLoader。所述5个模块，分别包含以下功能：

云端交互模块：其与云端建立完全网络通信链路，以从云端获取最新版本信息或下载OTA升级包，上报云端芯片搭载的应用软件信息，上报OTA过程的状态信息；

升级代理模块：其校验OTA升级包完整性，解析升级包，提取差分包差分数据和应用软件信息，利用差分数据和应用软件生成目标应用软件，校验生成的目标应用软件的完整性；

芯片通信模块：其实现智能设备主控芯片控制、协助其他芯片完成OTA升级；

升级控制模块：其调用其他模块以控制OTA升级的整个生命周期，其调用云端交互模块以实现检测版本、下载升级包、上报状态功能，其调用升级代理模块实现应用软甲升级功能；

数据管理模块：其管理flash空间数据写入和读出，协助其他模块完成工作；

优选地，所述制作内容，包括用户提供的芯片类型、flash大小、flash sector大小、flash预留空间大小、应用软件大小和应用软件起始位置。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1.依托云平台针对不同型号不同系统的微电脑制作BootLoader和SDK，可以多平台应用，多平台搭载，是一种通用可靠的升级方法；

2.升级过程中的校验，保证了微电脑升级的准确和完整，提高了实际使用中固件的匹配度，降低升级的错误率；

3.在升级时，通过分段、逐点下载，使用1Sector空间保存升级现场，不仅可以占用少量资源，提高微电脑在升级过程中flash空间和RAM，还能在意外断电后接续升级进度；

4.可以有效降低开发商发布版本的成本和维护成本，加快迭代，提升产品竞争力，提升用户体验。

附图说明

图1为本发明的BootLoader、SDK和应用软件的关系图；

图2为本发明与OTA平台通信时序图；

图3为本发明各升级模块与SDK与应用软件的关系图；

图4为本发明芯片通信模块与芯片的模型图。

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

实施例1

参照附图1，本发明的应用软件、BootLoader和SDK的联系如下：应用软件利用SDK提供的接口安全访问远程云端平台，实现注册设备、检测版本更新、下载最新升级包、启动升级程序等功能。

具体地，本发明实例提供的升级方法在进行升级前，需要将芯片注册到远程云端平台，向云端平台验证身份和获取云端平台提供的OTA服务。应用软件调用SDK提供的注册设备接口，将SDK包含的身份验证信息上传云端平台，SDK解析云端平台返回数据判断是否注册成功，若成功，SDK将获得一条Token，若失败，应用软件应当间隔一段时间后再次重新注册芯片。

参照附图2所示，应用软件应用SDK进行升级时，需要将应用软件版本信息通过SDK上传云端平台，云端平台检测应用软件是否有更高版本，若有，云端平台返回升级包信息，若无，云端平台通知SDK无需更新。SDK从云端平台返回的升级信息获取升级包下载链接，分段、逐段下载升级包。下载升级包的过程中，SDK定时上传升级包下载进度，下载升级包结束后，SDK校验升级包是否完整且将结果上传云端平台。当升级包下载失败时，应用软件可以选择合适时间再次下载升级包。当升级包下载成功时，应用软件可以立即进入BootLoader开始升级应用软件或重启设备进入BootLoader。

具体地，SDK检测版本更新的操作包括检测本地是否有OTA信息、上传云端平台应用软件版本信息、解析并保存OTA信息。SDK检查版本更新前检查本地是否有OTA信息，若有，当前SDK正处于一次升级任务当中，若无，SDK上传云端平台应用软件版本信息获取OTA信息。如果当前SDK正处于升级任务中，SDK检测升级包是否已下载完成，若是，校验升级包完整性，若否，找到升级包的断点并接着断点继续下载升级包，下载完成后校验升级包完整性，并校验升级包。解析并保存OTA信息的步骤包括按特定格式解析OTA信息，获取云端平台下发的数据，将数据按特定格式保存到flash中，以便后续读取。OTA信息包括发布升级包时填写的升级包信息、升级包下载链接、升级包校验码、升级包校验方式、升级包长度、升级方式。

其中，BootLoader封装的模块包括升级代理模块、数据管理模块，其实现的功能包括芯片内应用软件差分升级。芯片上电后检测flash是否有可用的升级包；如果有，BootLoader开始升级任务；如果没有，BootLoader启动应用软件。

BootLoader芯片内应用软件差分升级方式利用芯片内硬件资源实现解析升级包、差分还原新应用软件、校验生成的新应用软件完整性，启动新应用软件。

因为芯片硬件资源限制，升级包是已压缩的差分数据，差分数据按照“块”对齐，BootLoader逐块的解压差分数据，逐块和旧应用软件差分还原，逐块的生成新应用软件。利用逐块更新机制，减少升级程序占用硬件资源。

BootLoader升级过程中使用1Sector空间保存升级现场，即使升级过程意外断电，芯片上电后也能接着上次进度继续升级。基于上述机制，芯片上电后，BootLoader首先检测是否有可用升级包；如果有，BootLoader找到上次升级断点，接着断点继续升级；如果没有，BootLoader启动应用软件。

上述过程所涉及的flash读写操作均由数据管理模块实现，包括：保存升级包、刷新应用软件等。

具体地，数据管理模块在应用软件升级过程中辅助其他模块完成应用软件升级，几乎所有的数据均由数据管理模块统筹维护，上述的过程均有数据管理模块参与，包括设备注册、检测新版本、下载升级包和升级应用软件。

数据管理模块在设备注册时辅助完成的操作包括检查芯片是否已注册（即是否保存Token），保存和读取云端平台下发的Token，提供与Token相关的接口供SDK调用。仅在Token失效且刷新后更新flash保存的Token。

数据管理模块在检测新版本时辅助完成的操作包括检测芯片是否已存在云端平台下发更高版本应用软件信息、解析云端平台下发的OTA信息、保存OTA信息等，将OTA信息封装到结构体中，提供给SDK使用。升级任务结束时，清空上述信息。

数据管理模块在下载升级包时辅助完成的操作包括检测升级包（本地）断点、写入升级包数据、计算升级包校验码。因为flash使用次数有限、写入数据时间花销较大等原因，数据管理模块尽量少的保存频繁变化的数据包括下载进度、升级进度。用较少空间记录旧固件已读进度、新固件生成进度，定位进度指向的sector的断点，以此定位升级包空间、应用软件二进制数据空间的断点，以此为恢复下载升级包、恢复应用软件提供支持。为提高flash写入效率，数据管理模块将升级包数据写入缓冲区中，数据填满缓冲区或没有更多数据时将缓冲区数据写入flash。数据管理模块提供接口，使用云端平台指定的校验方式生成升级包的校验码，供SDK调用。SDK对比本地生成的校验码与云端平台下发的校验码是否相同，若是，本地升级包正确无误，若否，本地升级包数据有误，需要从新下载。升级任务结束时，清空上述数据。

数据管理模块在应用软件升级时辅助完成的操作包括检测升级断点、恢复升级现场、写入生成的应用软件、计算新应用软件的校验码。数据管理模块提供接口，获取升级断点，以供BootLoader接着断点继续生成应用软件。数据管理模块提供接口，读取升级过程使用的1Sector空间恢复升级现场。数据管理模块提供接口，生成的应用软件数据写入缓冲区中，缓冲区大小约为应用软件的10%，满足一定条件后，数据模块将缓冲区数据覆盖旧的应用软件。数据模块提供接口，应用软件的crc校验码，以供BootLoader验证应用软件，包括验证旧应用软件的验证码是否与升级包指定的前置应用软件校验码一致、验证生成的新应用软件是否完整。如果旧应用软件的验证码与升级包指定的前置应用软件的验证码不匹配，说明此差分包不适用，BootLoader结束升级任务并启动应用软件。如果生成的新应用软件的验证码与升级包指定的目标应用软件的验证码不匹配，说明升级过程数据错误，生成的应用软件不可用，清除应用软件空间，向云端平台请求应用软件的整包并覆盖应用软件空间。升级任务结束时，清空上述数据。

数据管理模块管理几乎所有数据，剥离数据与业务逻辑。不同芯片读写flash接口不一样，由数据管理模块实现读写逻辑，其他模块专注实现各自的业务。

此外，升级过程不可避免的会有意外情况中断应用软件升级，芯片重启上电后判断芯片是否处于升级中、恢复升级过程包括BootLoader检查是否存在可用OTA信息和可用升级包，若是，BootLoader获取升级断点并接着断点继续生成新的应用软件，若否，BootLoader启动应用软件。

具体地，升级控制模块提供具体接口供应用软件调用，包括设备注册、检测新版本、下载升级包、升级应用软件等，应用软件通过升级控制模块控制OTA升级生命周期，升级模块调用其他模块提供的接口实现相应功能。

升级控制模块提供设备注册接口以供应用软件开始注册设备，该接口调用云端交互模块的设备注册接口和数据管理模块的获取和保存Token接口，通过数据管理模块获取Token，如果此Token有效，表示芯片已在云端平台注册，结束注册接口并告知应用软件芯片已注册；反之，升级控制模块调用云端交互模块的设备注册接口，将云端平台返回的Token通过数据管理模块持久化保存到flash中，完成芯片注册。

升级控制模块提供检测新版本接口以供应用软件发现更高的版本，该接口要求应用软件传入应用软件版本号，该接口调用云端交互模块和数据管理模块，通过数据管理模块检测是否已保存OTA升级信息即芯片是否已处于OTA任务中，若是，告知应用软件存在更高版本应用软件，若否，该接口通过云端平台模块检测新版本，该接口调用数据管理模块解析云端平台返回的数据，并告知该接口是否存在更高版本的应用软件，若存在，该接口调用数据管理模块保存云端平台返回的OTA信息，告知应用软件存在更高版本的应用软件，若不存在，该接口告知应用软件已是最新版本。该接口调用数据管理模块保存应用软件版本号。

升级控制模块提供下载升级包接口以供应用软件下载升级包，该接口调用云端交互模块和数据管理模块，通过数据管理模块确认是否存在可用OTA信息，若是，通过数据管理模块确定升级包本地断点，通过云端交互模块从断点处继续下载升级包，通过数据管理模块保存升级包数据和校验升级包完整性；若不是，该接口告知应用软件已是最新版本。可选的，应用软件可以向该接口传入回调方法，以实时监听升级包下载进度。

升级控制模块提供应用软件升级接口以供应用软件跳转到BootLoader，该接口调用数据管理模块确认是否存在可用OTA信息和可用升级包，若存在，该接口跳转到BootLoader开始升级应用软件；若不存在，该接口告知应用软件应用软件已是最新版本。

可选的，本实施列提供的BootLoader属于轻量级，只负责升级应用软件，各大生成厂家在各自的BootLoader中集成SDK实现更加复杂的业务。

参照附图3，为本发明中各个升级模块、SDK和应用软件之间的关系。

具体地，芯片通信模块封装一套通信协议以供多个芯片间SDK通信，其将芯片间通信抽象为session，芯片间传输内容抽象为pdu，pdu可以携带有效信息和请求码，假定主控芯片为M，M其中一个从芯片为S1，S1可以透过芯片通信模块与M通信。如果M连接通信模块，故M可以连接云端平台，S1未连接通信模块，故S1不可连接云端平台，S1只能透过M完成设备注册、检测版本更新等操作。

芯片通信模块协助S1设备注册的操作包括：

1. S1发送携带芯片信息和设备注册请求码的pdu；

2. M使用S1的设备信息完成设备注册；

3. M发送携带Token和设备相应响应码的pdu；

4. S1保存Token。

芯片通信模块协助S1检测版本更新的操作包括：

1. S1发送携带版本号、Token和检测版本更新请求码的pdu；

2. M使用S1的版本信息和Token检测版本更新；

3. M发送携带OTA信息和相应响应码的pdu；

4. S1解析和保存OTA信息；

芯片通信模块协助S1下载OTA升级包的操作包括：

1. S1发送携带OTA升级包信息、Token和下载升级包请求码的pdu；

2. M使用S1的OTA升级包信息和Token分段下载OTA升级包；

3. M发送多个pdu，其携带一段OTA升级包数据和相应响应码；

4. M发送pdu，其要求S1校验OTA升级包完整性；

5. S1发送携带校验结果、Token和上报状态请求码的pdu；

6. M使用S1的校验结果和Token上报云端平台；

参照附图4，为本发明中芯片通信模块与芯片的模型图。

本实施例提供的SDK只包含OTA升级相关业务，不涉及网络连接等业务，应用软件应当连接网络后再调用SDK提供的服务。应用软件应当在恰当时机调用SDK，比如应用软件启动时调用SDK检测版本更新，避免影响应用程序自身业务。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种微电脑通用的OTA升级方法，应用在微电脑终端芯片内，分别依托于BootLoader和SDK，其特征在于，由云端平台在线制作BootLoader和SDK，所述微电脑终端芯片从云端获取最新版本信息和OTA升级包，完成对所述微电脑终端芯片内固件的校验和固件差分还原升级。

2.如权利要求1所述的微电脑通用的OTA升级方法，其特征在于，所述SDK提供应用软件访问云端平台的安全接口。

3.如权利要求1所述的微电脑通用的OTA升级方法，其特征在于，所述云端平台依据终端芯片的软件信息下发固件升级信息。

4.如权利要求1所述的微电脑通用的OTA升级方法，其特征在于，所述在线制作，需用户提供包括芯片类型、flash大小、flash sector大小、flash预留空间大小、应用软件大小和应用软件起始位。

5.如权利要求1所述的微电脑通用的OTA升级方法，其特征在于，所述校验，包括终端芯片校验固件升级信息，如果校验成功，则通过网络分段下载OTA升级包；如果校验失败，终端芯片不下载。

6.如权利要求1所述的微电脑通用的OTA升级方法，其特征在于，所述校验完成后，会校验OTA升级包的完整性，并在终端芯片重启后开始升级任务。

7.如权利要求1所述的微电脑通用的OTA升级方法，其特征在于，所述固件差分还原升级，是通过分段、逐点的方法，只更改需要修改的部分。

8.如权利要求1所述的微电脑通用的OTA升级方法，其特征在于，所述固件差分还原升级过程中，使用1Sector空间保存升级现场。

9.如权利要求1所述的微电脑通用的OTA升级方法，其特征在于，所述固件差分还原升级完成后，会校验生成的新应用软件。

10.如权利要求1所述的微电脑通用的OTA升级方法，其特征在于，所述BootLoader和SDK封装5个模块，包括云端交互模块、芯片通信模块、升级控制模块、升级代理模块、数据管理模块，被集成到应用软件中，链接远程云端、应用软件与BootLoader；

所述模块包含以下功能：

云端交互模块：其与云端建立完全网络通信链路，以从云端获取最新版本信息或下载OTA升级包，上报云端芯片搭载的应用软件信息，上报OTA过程的状态信息；

升级代理模块：其校验OTA升级包完整性，解析升级包，提取差分包差分数据和应用软件信息，利用差分数据和应用软件生成目标应用软件，校验生成的目标应用软件的完整性；

芯片通信模块：其实现智能设备主控芯片控制、协助其他芯片完成OTA升级；

升级控制模块：其调用其他模块以控制OTA升级的整个生命周期，其调用云端交互模块以实现检测版本、下载升级包、上报状态功能，其调用升级代理模块实现应用软件升级功能；

数据管理模块：其管理flash空间数据写入和读出，协助其他模块完成工作。

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