技术分析物联网设备OTA软件升级

各位看官好,上一篇文章我们聊了一下关于 OTA 升级过程中,新的软件包是如何从开发者的电脑上,安全的下载到嵌入式设备中的。

这个流程似乎很简单,不就是下载一个文件而已嘛,怎么还值得写成一篇文章呢?

其实这不仅仅是下载文件这么简单,这其中涉及到如何对众多的终端设备进行批量升级的策略问题。

如果你亲自在 AWS 的平台上操刀一次,就知道这其中有很多细节问题是需要考虑的。

一失足成千古恨哪!一旦设备升级策略忽略了一个小细节,也许某一天就是我们的深渊!

包括产品的生产过程也是如此,那些踩过的坑,真是一把鼻涕一把泪,这个问题后面有时间专门写一篇。

今天,我们继续 OTA 升级过程中后续的阶段。

还记得我们之前的假设吗?

设备中正在执行的 V1 版本的程序,包括这 3 个文件,它们位于文件系统中的 /root/app 目录下:

main: 主程序;

config．ini: 配置文件(包括一个配置项:version=V1_0);

mylib．so: 实现了某个算法的动态库,被 main 程序调用;

现在,新的版本 V2 优化了算法,压缩包名称是 app_V2．0．tgz,其中包括文件:

main: 没有变化;

config．ini: 配置项修改了:version=V2_0;

mylib．so: 优化了算法,主要就是想升级这个动态库;

upgrade．sh: 一个脚本程序,新增的文件;

升级包 app_V2．0．tgz 已经被下载到设备本地的文件系统中了,假设解压到目录  /root/upgrade 中。

现在需要做的事情就是:新版本程序,去替代 /root/app 目录中的旧版本程序。

upgrade．sh 升级脚本

我们首先要明白一个问题:执行升级指令、下载压缩包,都是此刻正在执行的 main 程序来执行的。

如果把复制替换的操作也让 main 程序来执行的话,肯定是会出问题的:它不可能去复制一个新的 main 文件,来把自己替换掉!

写过单片机程序的小伙伴肯定都知道:当新的固件下载到 flash 之后,一般都是重新启动设备,然后由 bootloader 来执行具体的文件复制操作。

那么对于带有文件系统的设备来说,也可以模仿类似的操作方式。

比如:当设备重新启动后,当执行 /etc/rc．local 时,此时 main 应用程序还没有启动。

此时就可以在 rc．local 这个文件中去做升级操作。

但是这样的方式,相当于是轻微的侵入了操作系统,总感觉这样做不太好。

此刻, upgrade．sh 升级脚本开始登场了!

这个脚本文件的主要作用就是用来控制升级过程。

这里隐藏这一个很重要的思想:upgrade．sh 是放在升级包中的,它并没有固化在终端设备中。

这样的话,每次执行升级任务时,都可以根据本次的升级需要,来灵活的编写升级脚本。

换句话说:只要能保证升级的通道没有问题,那么升级的过程就完全由这个脚本文件来控制,你想怎么搞,就怎么搞!

完全升级

所谓的完全升级,就是把旧版本的程序全部丢弃,把升级包中的新程序全部复制过去。

此时,升级脚本文件 upgrade．sh 就完成下面这几个主要工作:

停止(kill)当前正在执行的 V1．0 版本的程序;

删除 /root/app 目录下的所有旧文件;

把升级包中所有的新版本文件 /root/upgrade 复制到 /root/app 目录下;

这样的完全升级方式是最无脑、最粗鲁的。

当然,还有一些细节问题是需要考虑的。比如:如果复制文件过程中出现错误怎么办?

还有一点,既然刚才提到了配置文件 config．ini,不知您是否会有这样一个疑问:

如果配置信息被用户修改了,那么升级之后,所有的配置信息又被恢复为默认值了,用户的私人配置信息全丢了怎么办?

关于这个问题,我们就继续来聊一下增量升级!

增量升级

所谓的增量升级:就是升级时并不会把所有的文件全部进行替换,而只是替换那些需要更新的文件。

对于我们假设的升级场景,只需要做 2 件事情:

替换 mylib．so 库文件;

把配置文件 config．ini 中的版本字段修改为:version=V2_0;

同样的,所有的升级过程仍然是写在 upgrade．sh 这个升级脚本中:

停止(kill)当前正在执行的 V1．0 版本的程序;

把 /root/upgrade/mylib．so 文件复制到 /root/app 目录下;

使用 sed 命令来修改 config．ini 文件中的 version 字段;

PS:此时升级包中,只需要包含必要的文件就可以了,不需要把其他用不到的文件也放进去了。

从我描述的文字来看,似乎完全升级和增量升级差别不大。

这是因为这里的示例太简单,如果是一个比较复杂的、有多个模块相互配合的应用程序,增量升级的优势就明显了。

关于 OTA 升级过程,就先说这么多了,主要是以思想为主,毕竟每一个项目的需求场景是不一样的,从大方向上明白 OTA 的升级过程就可以了。

One more thing

为了表示我不是在胡说八道,这里提供一个很多年前的项目中,升级脚本文件的模板。

在公众号后台留言:601,即可收到。

另外,不知道是否有小伙伴对于 ESP32 中的升级流程感兴趣,下次再专门写一篇 ESP32 模组,如何与 AWS 后台通过 MQTT 指令进行交互,以及固件的下载、升级流程。