基于移遠BC28的STM32+NB-IOT的OTA案例分享

隨著互聯網的發(fā)展和無線通訊網絡的普及，低功耗窄帶通訊為物聯網帶來了更多機會。憑借著其覆蓋范圍廣、功耗低等特點，獲得了廣泛的關注與重視，不斷加速實現物與物之間建立智能化、數據化的聯系。借助通訊和云計算的高速發(fā)展，越來越多的設備開始物聯網化演進，大規(guī)模部署后的物聯網設備面臨著在線升級（OTA）的需求，從而解決系統更新，產品功能迭代、漏洞修復、和安全防護等問題。

這其中的在線升級功能，需要使用 OTA (Over-the-Air) 技術 。簡單地說，OTA 就是通過網絡來升級手中的智能設備。由于大多數物聯網終端受硬件資源、功耗、帶寬等限制，傳統的整包升級方式已經越來越難以滿足客戶需要，而穩(wěn)定安全的差分升級在OTA這一技術領域中顯得尤為重要。尤其是NB-IOT這類窄帶通信技術，大多數應用都是由低功耗小資源的MCU+NB-IOT通訊模塊實現的，NB-IOT通訊模塊實現聯網功能，設備應用運行在MCU上，使用差分OTA升級，可以實現減低功耗、減少硬件資源消耗、提升升級體驗、加速下載過程，提供更好的安全性和可靠性，并且有效防止大量設備下載時候對基站等設施的沖擊。艾拉比提供的基于MCU+NB-IOT的差分技術方案已經廣泛應用在如門鎖、手表、定位器、路燈控制器、共享停車位、煙感和表計等領域。

下面以移遠BC28+STM32L053為例，來演示如何利用艾拉比的差分技術通過NB網絡升級STM32的APP固件。我們將從升級方案的設計，設備操作流程兩個部分來詳細講解這個方案：

01.升級方案的設計

下圖展示了這個升級方案的軟件框架：

從上圖可以看到STM32里中需要有三個部分的修改：

1.STM32L053的APP部分，需要集成與OTA服務器通信的程序，我們稱為Update Controller，簡稱UC

2.STM32L053的bootloader部分，需要集成差分升級算法程序，我們稱為Update Agent，簡稱UA

3.STM32L053上需要規(guī)劃處一定的存儲空間，用來存儲下載的差分包。

從設計的軟件框架來看升級將分為兩個階段：下載差分包階段和升級上報階段。在窄帶網絡下，我們以LWM2M協議為基礎來和OTA服務器進行交互通信，設備與服務器端建立的是COAP連接。

我們先來詳細分解下載階段的流程：

從上圖中我們可以看到整個下載差分包的流程分以下幾個步驟：

1. 初始化模組， STM32向BC28發(fā)送初始化的AT指令。

2. STM32發(fā)送AT指令給BC28，建立網絡鏈接。BC28返回建立網絡的結果給STM32。

3. STM32透過BC28，向OTA服務器發(fā)起注冊請求。OTA服務器透過BC28下發(fā)注冊結果，STM32將這些注冊信息保存下來。

4. STM32透過BC28，向OTA服務器發(fā)起檢測版本的請求。OTA服務器透過BC28下發(fā)新版本的信息，這其中包含了差分包的下載地址。

5. STM32基于得到的下載地址，透過BC28向OTA服務器發(fā)送下載差分包請求。OTA服務器會根據請求將差分包分段透過BC28下發(fā)給STM32，STM32在收到后將這些數據存儲在差分包存儲區(qū)域。

6. STM32在下載完差分包并經過校驗后，透過BC28上報下載升級包的結果給到OTA服務器。OTA服務器透過BC28下發(fā)上報結果。

7.STM32發(fā)送指令給BC28關閉網絡連接，BC28返回關閉網絡連接結果

8.STM32進行軟重啟，進入bootloader

接下來升級流程就進入了下一個階段，我們先來看流程圖：

從上圖中我們可以看到整個升級上報的流程分以下幾個步驟：

1. STM32在bootloader中運行UA程序，完成差分升級，升級完成后重啟。

2. STM32向BC28發(fā)送初始化的AT指令，BC28向STM32返回初始化結果。

3. STM32發(fā)送AT指令給BC28，建立網絡鏈接。BC28返回建立網絡的結果給STM32。

4. STM32透過BC28，向OTA服務器發(fā)起注冊請求。OTA服務器透過BC28下發(fā)注冊結果，STM32將這些注冊信息保存下來。

5. STM32透過BC28，向OTA服務器上報升級結果。OTA服務器透過BC28下發(fā)升級上報結果。

6. STM32通知BC28關閉網絡連接，至此整個升級流程結束。

通過對整個方案以及兩個階段流程解析，我們可以看到，在窄帶網絡下的差分升級，對于這種網絡特性，對差分包的大小以及差分包傳輸的穩(wěn)定性需要有一定的保障，所以在下載差分包的時候，我們需要進行分段下載，并且需要對每段數據進行相應手段的校驗。下面我們從設備端的操作，來看一下整個升級的流程。

02、設備操作流程

從下圖我們看到，左邊的開發(fā)板基于STM32L053，右邊的開發(fā)板基于移遠BC28，我們將通過串口線將兩個設備連接在一起進行升級操作。STM32開發(fā)板上的藍色按鈕的功能是發(fā)起整個升級流程，黑色按鈕的功能是重啟STM32開發(fā)板，下面我們開始操作。

首先我們按下STM32開發(fā)板上的藍色按鈕，發(fā)起升級流程，這個時候STM32開發(fā)板屏幕上會有如下顯示：

此時，我們還可以通過連接到PC上的debug工具，可以看到相應log,這段動畫顯示的是STM32從初始化到檢測版本整個過程的log。

在檢測完成后，STM32自動進入下載差分包階段，下面兩張圖是STM32進入下載差分包流程時的屏幕進度顯示：

這個階段，我們也可以清晰的從PC的debug工具里看到整個下載流程：

在下載成功后，我們手動按一下STM32開發(fā)板上的黑色按鍵，重啟STM32開發(fā)板，讓設備進入bootloader開始升級，下面兩張圖是STM32開發(fā)板在升級時的屏幕顯示：

完成升級后，STM32開發(fā)板重啟重新進入APP，這個時候會自動將這次升級的結果進行上報，下圖是STM32開發(fā)板在進行升級上報時候的屏幕顯示：

同樣，我們也可以在PC上的debug工具里看到整個上報流程：

從STM32開發(fā)板的屏幕上看到完成這個流程后，STM32開發(fā)版本的固件從1.0成功的升級到了1.1，至此整個升級完成。