物聯網裝置OTA軟體升級之：升級包下載過程之旅

sewain發表於2021-06-06

OTA概述

大家好，我是一個軟體升級包。這幾天呢，我將會進行一次神奇的網路之旅，從開發者的電腦中，一直跑到終端嵌入式裝置中。

大家都把我的這個旅遊過程叫做 OTA，也就是線上升級。

那麼啥叫 OTA 呢？全稱是：Over the Air Technology，其實就是通過網路來把一個新的軟體包從伺服器上下載下來，更新到裝置上。

首先有一個問題：為什麼叫軟體升級包，而不叫韌體升級包呢？

其實在本質上，韌體也是屬於軟體，大家都是用程式碼寫出來的嘛！

雖然這兩個說法很近似，但是有一部分小夥伴還是在狹義上對它們進行了一些區分。

既然如此，我們也就暫且把它倆進行一下區別：

韌體：是指一些沒有檔案系統的嵌入式裝置中，把 Flash 分成不同的功能分割槽。可執行程式需要放在某個固定的起始位置，才能被 bootloader 進行啟動。

軟體：是指具有檔案系統的嵌入式裝置，可執行程式直接放在檔案系統中。當裝置啟動之後，作業系統會啟動檔案系統中的可執行程式。

沒有檔案系統的嵌入式裝置：

帶有檔案系統的裝置:

我知道以上這樣的區分方式不是很嚴謹，但是誰又說得清楚嚴謹的定義是什麼呢？

暫且先這麼來區分，只要不影響對文章的理解就可以了！

一個嵌入式裝置在進行軟體升級的時候，從巨集觀的角度看，可以分為2 個階段：

下載升級包;

解壓升級包，寫入 flash 或檔案系統;

今天呢，主要以第 1 階段為主，帶你看一下我是如何從開發者的電腦裡，一步一步的被嵌入式裝置下載到本地的。

下面是一個完整的過程，讓您先睹為快！

上傳升級包

為了便於描述，我們來假設一個場景：執行在裝置中的軟體一共有 3 個檔案：

main 檔案：可執行程式;

config.ini：配置檔案;

mylib.so：一個動態庫檔案，裡面包含一個演算法，被 main 檔案呼叫;

目前呢，裝置中執行的版本是 V1.0，現在開發人員對 mylib.so 庫中的演算法進行了優化，升級為 V2.0 版本，現在需要把這個新版本升級到嵌入式裝置中。

首先第一步需要做的事情，我們們用腳後跟都能想得到，那就是把 V2.0 版本的程式軟體上傳到檔案伺服器中。

有一點提醒一下：很多雲平臺都會把應用伺服器和檔案伺服器進行區分。當然，如果僅僅是測試的話，它倆可以在同一臺物理伺服器上共存。

比如：亞馬遜的 AWS 平臺，就是把升級包上傳到 S3 伺服器中。

現在要對 V2.0 版本的程式進行打包了，在這裡，除了 main、config.ini、mylib.so 這 3 個檔案之外，我們還把另一個指令碼檔案 upgrade.sh 也放進打包檔案中。

這個檔案的作用暫且不說，到後面會為您揭曉答案。

Bingo - V2.0 版本的升級包誕生了：app_v2_0.tgz，上傳到檔案伺服器上之後，地址為：http://fileserve/app_v2_0.tgz。

上傳升級包描述檔案

現在，V2.0 版本的升級包已經上傳到檔案伺服器中了，是否現在就可以命令嵌入裝置去下載、升級了呢？

我們知道，在一個物聯網系統中，一般都是存在著很多個終端裝置的。

這些裝置可能處於正在執行狀態、也可能處於斷電狀態，而且我們們也不能假設所有的裝置都在同一個時間點進行升級。

再而且，一個裝置進行升級之後，就變成了最新的 V2.0 版本，那麼這個裝置就應該有能力知道伺服器上的最新版本是 V2.0 版本，這樣它就不需要升級了。

因此，還需要一個新的檔案來描述檔案伺服器中的 V2.0 版本的升級包，就叫它：升級包描述檔案 app_desc.json，它的內容是 json 格式的字串：

version 欄位描述了檔案伺服器上升級包的版本，這樣的話，裝置就可以知道到伺服器中的最新版本。

url 欄位描述了升級包的下載地址，裝置如果發現自己的版本低於 version 欄位中的版本，就可以從這個地址下載新的升級包。

md5 欄位描述了伺服器中最新升級包的指紋資訊，當裝置把伺服器上的升級包下載之後，需要計算一下升級包的 MD5 值，然後與這裡的 md5 欄位進行比較，如果相同的話，說明下載的升級包沒有問題，沒有被惡意的傢伙掉包。

瞭解了升級包描述檔案 app_desc.json 的作用之後，這個檔案就被上傳到應用伺服器中了。

下載升級包描述檔案

此時，作為升級包的我，已經靜靜的躺在檔案伺服器中了，我的兄弟升級包描述檔案 app_desc.json 呢，也在應用伺服器中準備就緒了，現在就等著嵌入式裝置開始升級。

萬事俱備，只欠東風了！應該說只欠一個觸發嵌入式裝置進行升級的動作了！

那麼，應該在什麼時候？由誰？來告訴裝置：你正在執行的軟體太舊了，伺服器上現在有最新的版本，你去升級一下吧！

這個問題的答案就是：八仙過海，各顯神通了！

比如：

亞馬遜的 AWS 平臺，是通過在雲平臺中部署一個 job，來通知每一個需要升級的裝置;

也可以通過一個手機 APP，向某一個嵌入式裝置主動發起一個指令：嘿，老兄，請升級一下你的軟體;

當終端裝置收到升級命令之後，第一步就是下載升級包描述資訊。

下載之後，解析這個 json 格式的文字內容，提取出 version 資訊之後，與當前正在執行的軟體版本進行比較。

如果伺服器中的版本比較新，那麼就繼續提取 url 欄位中的升級包下載地址，然後開始從檔案伺服器中下載新的升級包。

如果當前執行的版本已經是最新的了，那就到此結束！

下載升級包

到了下載升級包的過程就簡單了，你可以直接用 wget 等工具來下載，也可以利用 curl 庫來手寫下載程式碼。

總之，你可以有一萬種方式把我下載到裝置中。

下載完成之後，有一件很重要的事情千萬別忘記了，那就是：檢查下載的升級包是否正確！

還記得升級包描述檔案中的 md5 欄位嗎？那就是我的指紋資訊。

你需要首先計算一下下載的升級包的 md5 值，然後與升級包描述檔案中的 md5 欄位中的值進行比對，如果完全一致，那就放心大膽的開始解壓、升級吧！

解壓升級包

欲知後事如何，請聽下回分解！

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