作者@@： Jacob Beningo，来源@@：得捷电子@@@@DigiKey微信公众号@@
物联网@@@@ (IoT) 产品的@@设计者需要不断地评估平台和@@组件的@@选择@@，以@@降低成本@@和@@功率@@，同时@@提高@@性能和@@加快连接应用的@@设计@@。目前有@@相当多的@@解决方案@@可供选择@@，但设计者面临的@@挑战是@@，一旦部署@@，如@@何进行无线空中下载@@ (OTA) 更新@@以@@保持设备@@固件的@@更新@@@@。
关键是要看一下现有@@的@@平台@@，看看它们有@@哪些额外的@@工具@@和@@支持@@来支持@@@@ OTA 更新@@。这样的@@支持@@可以@@大大简化过程@@，但前期可能需要一些关注@@。
本文讨论了@@ OTA 基本原理@@，以@@及为@@什么它是几乎每个物联网@@@@系统都需要支持@@的@@关键功能@@@@，尽管开发者面临着诸多挑战@@。然后以@@@@ Espressif Systems 的@@ ESP32 支持@@蓝牙和@@@@ Wi-Fi 的@@微控制器以@@及相关模块@@@@、套件和@@@@ ESP 物联网@@@@开发框架@@@@ (ESP-IDF) 为@@例@@，展示如@@何打造一个@@@@ OTA 分区@@，并利用@@ otatool.py 脚本在@@应用仍在@@运行时@@执行@@固件更新@@@@。
OTA 更新@@介绍@@
大多数开发团队的@@核心重点是实现其产品的@@特定功能@@@@，也就是产品差异化业务逻辑@@。然而@@，每个物联网@@@@产品都有@@一个@@基本功能@@集@@，需要在@@设备@@的@@整个生命周期内进行部署@@、配置@@和@@维护@@。安全更新@@是一个@@很好的@@例子@@@@。鉴于需要执行@@这些更新@@@@，在@@评估一个@@合适的@@开发平台时@@@@，一个@@重要但容易被忽视的@@功能@@是引导程序或@@固件@@ OTA (FOTA) 更新@@（有@@时@@只称为@@@@ OTA）能力@@。
OTA 为@@工程师提供了根据技术@@和@@业务要求远程维护和@@升级其产品的@@能力@@@@，而不需要派维护人员到设备@@上@@或@@让终端客户主动对设备@@做一些更新@@@@。相反@@，所有@@这些成本都可以@@通过让设备@@在@@后台默默地或@@在@@半夜操作之类@@“停工@@”时@@间内升级其固件方式来消除@@。
OTA 架构可以@@有@@许多不同的@@形式和@@配置@@@@，从定制的@@解决方案@@一直到云提供商提供的@@标准@@实现方案@@。图@@ 1 中可以@@看到一个@@典型的@@@@架构实例@@@@。
图@@ 1：OTA 架构概览展示在@@现场向所部署设备@@更新@@应用固件的@@示例过程@@。（图@@片@@来源@@@@：Beningo Embedded Group）
在@@这个例子@@中@@，一个@@OEM 使用亚马逊网@@络服务@@ (AWS) 物联网@@@@内核上@@传新的@@固件@@版本@@，然后使用内置的@@作业功能@@将@@更新@@部署到现场的@@设备@@@@。这只是众多例子@@中的@@一个@@@@，几乎每个云供应商都有@@类似的@@解决方案@@@@。
今天有@@许多支持@@@@OTA 的@@微控制器可供选择@@。一个@@广受低成本@@系统和@@制造商欢迎的@@微控制器是@@ESP32。ESP32 之所以@@如@@此受欢迎@@，有@@以@@下几个原因@@：
选择一个@@@@ESP32 模块@@进行@@ OTA 测试@@
有@@几种不同的@@@@ESP32 模块@@和@@开发板@@可供用户购买@@，以@@便了解@@ OTA 实例@@。以@@ Adafruit 3405 ESP32 Huzzah Feather 板为@@例@@@@（图@@ 2）。这是一块低成本@@的@@开发板@@@@，包括对@@ ESP32 进行编程的@@所有@@电路@@，并通过一个@@@@ USB 连接器为@@其供电@@。
图@@ 2：3405 Huzzah Feather 板包含一个@@@@ ESP32 WROOM-32D 认证型@@ Wi-Fi/蓝牙模块@@@@，带@@ 4 Mb 闪存@@。该板包括所有@@必要的@@硬件@@，可通过@@ USB 编程和@@与模块@@通信@@。（图@@片@@来源@@@@：Adafruit）
3405 的@@核心是一个@@@@ ESP32-WROOM-32D 模块@@，它配备@@了@@ 4 Mb 闪存@@、Wi-Fi、蓝牙和@@一套完整的@@外设@@，几乎适用于@@任何应用@@。
另一块可以@@使用的@@开发板@@是@@ Espressif Systems 的@@ ESP32-LYRATD-SYNA 音频板@@（图@@ 3）。该开发板@@包括@@ ESP32-WROVER-B 模块@@。
图@@3 ：ESP32-LYRATD-SYNA 板基于@@@@ ESP32 WROVER-B 认证型@@ Wi-Fi/蓝牙模块@@@@，带@@ 4 Mb 闪存@@。除了能够让设计者通过@@ USB 编程和@@与模块@@通信@@外@@，它还具有@@开发音频应用所需的@@电路@@。（图@@片@@来源@@@@：Espressif Systems）
ESP32-LYRATD-SYNA模块@@也有@@@@ 4 Mb 闪存@@，以@@及用于音频应用的@@所有@@电路@@。该板包括一个@@音频编解码器@@、一个@@音频放大器以@@及耳机和@@扬声器插孔@@，以@@全面测试@@音频应用@@。
最后一块可用于@@OTA 测试@@的@@开发板@@是@@ Espressif 的@@ ESP32-S2-SAOLA-1RI 开发板@@（图@@ 4）。说到开发板@@@@，这款最不昂贵的@@@@。该板包含一个@@@@@@ ESP32 Wrover 模块@@，以@@及对该芯片进行编程的@@电路@@。除了它所包含的@@引脚可以@@很容易地放到试验板上@@进行测试@@外@@，没有@@任何其他的@@装饰@@。
图@@ 4：基于@@ Wrover 模块@@的@@@@ ESP32-S2-SAOLA-1RI 是一块裸开发板@@@@，成本低@@，但包括足够的@@电路来对板载模块@@编程@@。（图@@片@@来源@@@@：Espressif Systems）
为@@测试@@而选择的@@具体板子并不太重要@@，因为@@每个@@ ESP32 模块@@都利用了@@ ESP-IDF。这个框架@@旨在@@通过包括驱动程序@@、中间件@@、RTOS 以@@及对本文而言很重要的@@引导程序和@@@@ OTA 库@@，从而为@@开发者简化了软件开发活动@@。
引导程序允许开发者利用@@ OTA 更新@@，并在@@主要应用仍在@@运行时@@对内存进行分区@@以@@更新@@固件@@，这有@@助于最大限度地减少停机时@@间@@。引导程序的@@设置一开始可能看起来很复杂@@，但如@@果指导得当@@，是很简单@@的@@@@。
OTA 开发工作流@@
ESP32 的@@ OTA 开发工作流@@将@@根据业务需求和@@产品组件选择而略有@@不同@@。例如@@@@，一个@@利用@@ AWS 的@@团队可能会使用@@ AWS 的@@入门指南和@@例子@@来启动其@@ ESP32 OTA 解决方案@@。另一方面@@，一个@@正在@@定制自己解决方案@@的@@公司也可能会利用@@ESP32 的@@说明文档@@@@。在@@这篇文章中@@，我们要看的@@是@@ ESP32 层面内容@@，而不是在@@云端@@。原因是这些内容是通用的@@@@，适用于@@ ESP32 的@@ OTA，无论使用哪个云提供商或@@解决方案@@@@。
一般来说@@，在@@ESP32 上@@设置@@ OTA 更新@@的@@@@过程包括以@@下步骤@@：
很明显@@，这是简化的@@方法@@。开发人员应再次查看图@@@@ 1 以@@了解整个固件更新@@过程@@。这个过程可能相当复杂@@，所以@@建议利用位于@@@@ GitHub 上@@的@@@@现有@@@@ ESP32 OTA 实例@@。这些例子@@提供了几个关键实例@@@@，如@@：
图@@ 5 显示了部署和@@更新@@过程的@@步骤@@。开发者需要先执行@@红色的@@步骤@@，将@@ OTA 解决方案@@部署到@@ ESP32 模块@@上@@@@。橙色的@@步骤是下一步@@，执行@@这些步骤是为@@了推进@@ OTA 更新@@。
图@@ 5：位于@@GitHub 上@@的@@@@ Espressif Systems OTA 更新@@例子@@为@@开发者提供了几个简单@@的@@例子@@@@，以@@让其@@ ESP32 执行@@ OTA 更新@@。（图@@片@@来源@@@@：Espressif Systems）
为@@ OTA 配置@@一个@@@@ ESP32 应用程序@@
ESP32 包含一个@@分区@@表@@@@@@，描述了什么类型的@@数据位于@@微控制器上@@以@@及它的@@位置@@。例如@@@@，一个@@标准@@的@@@@ ESP32 分区@@表@@@@看起来像表@@@@ 1。
表@@ 1：标准@@ ESP32 分区@@表@@@@显示了数据的@@类型及其在@@微控制器上@@的@@@@位置@@。（表@@格来源@@@@：Beningo Embedded）
有@@一个@@工厂@@应用@@，然后是@@ NVS 库@@和@@物理层@@ (PHY) 初始化@@(init) 数据部分@@@@。为@@了使用@@ OTA 功能@@，该表@@需要更新@@@@，以@@便除了主要@@（工厂@@）应用外@@，还要为@@@@ OTA 更新@@固件指定存储器位置@@。对于@@ OTA，通常有@@两个分区@@被分配用于更新@@@@。一个@@是正在@@更新@@的@@@@固件@@，一个@@是正在@@下载的@@固件@@@@，它将@@成为@@最新版本@@。这使得工厂@@应用能够保持不变@@。更新@@后的@@@@ OTA 分区@@表@@@@将@@看起来像表@@@@ 2。
表@@2：典型的@@@@ ESP32 更新@@ OTA 分区@@表@@@@。（表@@格来源@@@@：Beningo Embedded）
如@@表@@所示@@，现在@@有@@一个@@@@ota_0 和@@ 一个@@ota_1 应用部分@@@@，其大小为@@@@ 1Mb，此外还有@@@@一个@@数据部分@@@@@@ (otadata)，是为@@更新@@过程分配的@@@@ RAM。这个表@@可以@@由开发者修改和@@更新@@@@，以@@适应应用@@。
为@@了运行@@ OTA 例子@@，有@@一套简单@@的@@说明@@，列在@@@@ GitHub 的@@“如@@何使用实例@@@@”部分@@。该部分@@描述了如@@何构建应用并对其进行编程@@。
还有@@@@ otatool，可以@@用来更新@@固件@@。这个脚本通常用于@@：
该示例脚本可以@@通过使用命令在@@终端运行该示例来执行@@@@。
./otatool_example.sh
或@@者使用@@Python。
python otatool_example.py
当谈到为@@@@ OTA 配置@@ ESP32 时@@，确保分区@@的@@设置是一个@@关键步骤@@。
使用的@@技巧和@@诀窍@@@@
EPS32 OTA 解决方案@@可以@@加速和@@简化开发者的@@固件@@更新@@方案@@。为@@了防止解决方案@@成为@@开发负担@@，有@@几个@@“技巧和@@诀窍@@”应该牢记在@@心@@。
如@@果可能的@@话@@，利用该公司的@@云供应商所包含的@@现有@@@@ OTA 框架@@。这可以@@极大地简化开发和@@集成@@。
使用低成本@@的@@开发板@@来测试@@@@ OTA 功能@@和@@引导程序@@。ESP32 有@@几个@@选项@@，可能需要一些实验来确定哪一个@@是最适合手头的@@应用@@。
对于@@定制解决方案@@@@，可利用@@ GitHub 上@@的@@@@ ESP32 OTA 实例@@。
对于@@产品作为@@@@Wi-Fi 路由器或@@集线器的@@应用@@，考虑将@@固件镜像下载到外部存储器@@，并从大容量存储设备@@执行@@更新@@@@。
花一些时@@间查看关于分区@@表@@@@的@@@@ ESP32 说明文档@@。这与典型的@@@@微控制器实现有@@点不同@@。
出于安全考虑@@，最好禁用应用回滚@@。如@@果应用可以@@回滚到以@@前的@@版本@@，潜在@@的@@攻击者就有@@可能推送一个@@带@@有@@已知漏洞的@@版本@@，并破坏系统@@。
遵循这些@@“技巧和@@决窍@@”的@@开发者会发现@@，当他们试图@@利用@@ ESP32 或@@任何其他@@ OTA 解决方案@@时@@@@，他们可以@@节省大量的@@时@@间并免受煎熬@@。
结语@@
OTA 更新@@是越来越多的@@物联网@@@@和@@嵌入式系统的@@一个@@重要功能@@@@。开发人员需要很好地掌握这种功能@@的@@有@@效实现方法@@，以@@便在@@设计和@@开发过程中以@@及在@@产品出厂后节省前期时@@间@@。
ESP32 无线微控制器已经广泛用于各种类型的@@设备@@@@，如@@上@@所述@@，它有@@一个@@现成的@@@@OTA 解决方案@@。通过利用@@ ESP-IDF 和@@相关的@@模块@@和@@平台@@，并使用一些基于@@经验的@@技巧和@@决窍@@@@，开发者可以@@大大减轻他们的@@设计时@@间@@，并完成他们的@@@@ OTA 解决方案@@并使之可靠地运行@@。