USB's CDC协议的OTA升级

[TOC]

一支持的软硬件平台

1.1 支持的硬件平台

支持x1000、x1600、x2000、x2600、ad100系列CPU，已在ilock(x2000e & mmc0)、Halley6(x1600e &nand)、x2600_evb_v1.0(x2600e & nor)开发板上验证。

1.2 支持的软件平台

ota支持升级linux系统和Freertos系统。

二 OTA原理和介质介绍

2.1 OTA简介和实现方法

君正USB's CDC协议的OTA简单来说分为三个步骤。

第一步：准备好需要更新的升级固件。
第二步：通过USB的CDC协议将升级固件传输到设备上。
第三步：设备将得到的OTA升级固件更新到自身的存储介质中，然后重启切换到最新升级的系统上，从而完成整个OTA流程。
君正基于Freertos系统，OTA升级的策略是采用创建一个rtos_ota分区，分区中放置具有ota升级功能的Freertos系统代码。SPL引导代码通过判断ota分区中的内容是否为"ota:kernel2"，来决定是否要进入具有ota升级功能的Freertos系统。也就是一台设备上具有ota升级功能的Freertos系统代码和用户的主系统，但是每次只运行其中的一套系统，两个系统共同使用一份SPL代码。

2.2 OTA升级支持的存储介质

君正USB's CDC协议的OTA目前支持的存储介质有mtd和mmc，mtd包含：nand和nor。

2.3 Freertos系统的ota功能使用流程

三编译支持rtos_ota功能的SPL

3.1 uboot添加支持rtos_ota功能

3.1.1 MTD存储介质

以配备nor flash 的PD_X2600_EVB_V1.0开发板，主系统为Freertos的编译配置为例，编译需要支持rtos ota功能的uboot固件的步骤如下：

3.1.1.1 修改对应的板级配置文件

对应的SPL的编译配置为x2600e_base_rtos_sfc_nor，此配置对应的板级配置文件为x2600_base.h。

文件的路径如下：

[工程目录]/bootloader/uboot-x2000/include/configs/{board}.h

以x2600为例：[工程目录]/bootloader/uboot-x2000/include/configs/x2600_base.h

增加OTA的功能需要对x2600_base.h文件进行如下修改：

#ifndef __X2600_BASE_H__
#define __X2600_BASE_H__

#define CONFIG_ROOTFS_SQUASHFS
#define CONFIG_ROOTFS2_SQUASHFS
#define CONFIG_ARG_QUIET
#define CONFIG_SPL_SERIAL_SUPPORT

/* 添加以下宏定义 */
#define CONFIG_BOOT_RTOS_OTA

#include "x2600_base_common.h"

#endif /* __X2600_BASE_H__ */

uboot中与rtos的ota相关定义的文件路径如下：

[工程目录]/bootloader/uboot-x2000/include/configs/{soc}_base_common.h

以x2600为例： [工程目录]/bootloader/uboot-x2000/include/configs/x2600_base_common.h

对应的宏定义具体的解释如下：

#ifdef CONFIG_BOOT_RTOS_OTA
    /* 定义放置具有升级功能的rtos的分区名 */
    #define CONFIG_SPL_RTOS_OTA_NAME  "rtos_ota"
#ifndef CONFIG_SPL_OTA_NAME
    /* 定义放置升级信息的分区名 */
    #define CONFIG_SPL_OTA_NAME       "ota"
#endif

#ifndef CONFIG_SPL_RTOS_OTA_INFO
    /* 定义判断是否要进入rtos_ota分区的条件 */
    #define CONFIG_SPL_RTOS_OTA_INFO       "ota:rtos_ota"
#endif

#ifdef CONFIG_SPL_RTOS_BOOT
#ifndef CONFIG_SPL_RTOS_NAME
    /* 若另一分区也为Freertos系统，且CONFIG_SPL_RTOS_NAME宏未定义，定义CONFIG_SPL_RTOS_NAME为rtos */
    #define CONFIG_SPL_RTOS_NAME    "rtos"
#endif
#endif /* CONFIG_SPL_RTOS_BOOT */

#endif /* CONFIG_BOOT_RTOS_OTA */

3.1.1.2 编译uboot

配置编译uboot需要的环境变量

通过以下命令，确定对应的芯片的uboot编译工具链：

#获取对应的芯片的uboot的编译工具链版本
fy@hlf:~/work/x2670/build$ grep -nr "uboot" configs/x2600e_nor_5.10_defconfig
3:APP_uboot_toolchain_dir=../tools/toolchains/mips-gcc720-glibc229
4:APP_uboot_dir=../bootloader/uboot-x2000
5:APP_uboot_config=x2600e_base_xImage_sfc_nor

#获取工具的绝对路径
fy@hlf:~/work/x2670/build$ cd ../tools/toolchains/mips-gcc720-glibc229
fy@hlf:~/work/x2670/tools/toolchains/mips-gcc720-glibc229$ pwd
/home/fy/work/x2670/tools/toolchains/mips-gcc720-glibc229

#回到对应的uboot代码的目录下
fy@hlf:~/work/x2670/tools/toolchains/mips-gcc720-glibc229$ cd ../../../bootloader/uboot-x2000/

#配置编译uboot需要的工具链的路径，注意路径要链接到bin文件夹
fy@hlf:~/work/x2670/bootloader/uboot-x2000$ export PATH=$PATH:/home/fy/work/x2670/tools/toolchains/mips-gcc720-glibc229/bin

编译对应的uboot配置

#清除之前make生成的所有文件
[工程目录]/bootloader/uboot-x2000$ make distclean
#编译对应的板级的uboot配置，此处以x2600e的nor flash的Freertos系统为例
[工程目录]/bootloader/uboot-x2000$ make x2600e_base_rtos_sfc_nor

编译成功后会在[工程目录]/bootloader/uboot-x2000/spl目录下生成目标文件：

3.1.2 MMC存储介质

以配备emmc的x2000_iLock_v1.0开发板，主系统为Freertos的编译配置为例，编译需要支持rtos ota功能的uboot固件的步骤如下：

3.1.2.1 修改对应的板级配置文件

对应的SPL的编译配置为x2000_base_rtos_mmc0，此配置对应的板级配置文件为x2000_base.h。

文件的路径如下：

[工程目录]/bootloader/uboot-x2000/include/configs/{board}.h

以x2000为例：[工程目录]/bootloader/uboot-x2000/include/configs/x2000_base.h

增加OTA的功能需要对x2000_base.h文件进行如下修改：

#ifndef __X2000_BASE_H__
#define __X2000_BASE_H__

#define CONFIG_ROOTFS_SQUASHFS
#define CONFIG_ROOTFS2_SQUASHFS
#define CONFIG_ARG_QUIET
#define CONFIG_SPL_SERIAL_SUPPORT

/* 添加以下宏定义 */
#define CONFIG_BOOT_RTOS_OTA

#include "x2000_base_common.h"

#endif /* __X2000_BASE_H__ */

uboot中与rtos的ota相关定义的文件路径如下：

[工程目录]/bootloader/uboot-x2000/include/configs/{soc}_base_common.h

以x2000为例： [工程目录]/bootloader/uboot-x2000/include/configs/x2000_base_common.h

对应的宏定义具体的解释如下：

#ifdef CONFIG_BOOT_RTOS_OTA
    /* 定义放置具有升级功能的rtos的分区名 */
    #define CONFIG_SPL_RTOS_OTA_NAME  "rtos_ota"
#ifndef CONFIG_SPL_OTA_NAME
    /* 定义放置升级信息的分区名 */
    #define CONFIG_SPL_OTA_NAME       "ota"
#endif

#ifndef CONFIG_SPL_RTOS_OTA_INFO
    /* 定义判断是否要进入rtos_ota分区的条件 */
    #define CONFIG_SPL_RTOS_OTA_INFO       "ota:rtos_ota"
#endif

#ifdef CONFIG_SPL_RTOS_BOOT
#ifndef CONFIG_SPL_RTOS_NAME
    /* 若另一分区也为Freertos系统，且CONFIG_SPL_RTOS_NAME宏未定义，定义CONFIG_SPL_RTOS_NAME为rtos */
    #define CONFIG_SPL_RTOS_NAME    "rtos"
#endif
#endif /* CONFIG_SPL_RTOS_BOOT */

#endif /* CONFIG_BOOT_RTOS_OTA */

3.1.2.2 修改分区表

分区表的路径如下：[工程目录]/bootloader/uboot-x2000/board/ingenic/芯片名_base/

eg: /home/fy/work/x2670/bootloader/uboot-x2000/board/ingenic/x2000_base

主系统为Freertos系统的分区表：

property:
    disk_size = 3728m
    gpt_header_lba = 512
    custom_signature = 0

partition:
    #name     =  start,   size, fstype
    uboot     =     0m,     1m,
    rtos_ota  =     1m,     1m, EMPTY
    rtos      =     2m,     5m, EMPTY
    ota       =     7m,     1m, EMPTY

#fstype could be: LINUX_FS, FAT_FS, EMPTY

主系统为Linux系统的分区表：

property:
    disk_size = 3728m
    gpt_header_lba = 512
    custom_signature = 0

partition:
    #name     =  start,   size, fstype
    uboot     =     0m,     1m,
    kernel    =     1m,     8m, EMPTY
    rootfs    =     9m,     50m, LINUX_FS
    rtos_ota  =     59m,    1m, EMPTY
    ota       =     60m,    1m, EMPTY

#fstype could be: LINUX_FS, FAT_FS, EMPTY

3.1.2.3 编译uboot

配置编译uboot需要的环境变量

通过以下命令，确定对应的芯片的uboot编译工具链：

#获取对应的芯片的uboot的编译工具链版本
fy@hlf:~/work/x2670/build$ grep -nr "uboot" configs/x2000_mmc0_defconfig
2:APP_uboot_toolchain_dir=../tools/toolchains/mips-gcc720-glibc229
3:APP_uboot_dir=../bootloader/uboot-x2000
4:APP_uboot_config=x2000_base_xImage_mmc0

#获取工具的绝对路径
fy@hlf:~/work/x2670/build$ cd ../tools/toolchains/mips-gcc720-glibc229
fy@hlf:~/work/x2670/tools/toolchains/mips-gcc720-glibc229$ pwd
/home/fy/work/x2670/tools/toolchains/mips-gcc720-glibc229

#回到对应的uboot代码的目录下
fy@hlf:~/work/x2670/tools/toolchains/mips-gcc720-glibc229$ cd ../../../bootloader/uboot-x2000/

#配置编译uboot需要的工具链的路径，注意路径要到bin文件夹
fy@hlf:~/work/x2670/bootloader/uboot-x2000$ export PATH=$PATH:/home/fy/work/x2670/tools/toolchains/mips-gcc720-glibc229/bin

编译对应的uboot配置

#清除之前make生成的所有文件
[工程目录]/bootloader/uboot-x2000$ make distclean
#编译对应的板级的uboot配置，此处以x2000e的mmc flash的Freertos系统为例
[工程目录]/bootloader/uboot-x2000$ make x2000_base_rtos_mmc0

编译成功后会在[工程目录]/bootloader/uboot-x2000目录下生成目标文件：

四编译带ota升级功能的zero.bin

4.1 IConfigTool配置

以x2600e_nor_defconfig为例，打开IConfigTool工具，选择配置文件

勾选以下配置：

选中USB驱动

选中SFC驱动,若为MMC介质不需要选中

选中rtos的ota升级

选中watchdog（看门狗）

4.2 增加ota升级代码

修改vendor/vendor.c文件(以存储介质nor flash为例)：

#include <stdio.h>
#include "example/driver/ota_upgrade_nor_flash.c"//ota升级nor flash代码示例文件路径

void vendor_init(void *arg)
{
    ota_upgrade_nor_flash_test();
}

4.3 编译

首先先要配置环境变量，再使用对应板级和存储介质的配置文件，如x2600的nor flash：

配置之后就可以make：

编译完成之后会在Freertos工程目录下生成zero.bin文件：

五烧录

5.1 Freertos系统作为主系统的烧录工具配置

5.1.1 MTD存储介质

此处以x2600e芯片，存储介质为nor flash为例：

uboot 分区：放置支持rtos_ota功能的SPL镜像
rtos_ota 分区：放置具有ota升级功能的Freertos系统镜像
rtos 分区：此处用Freertos系统作为示例，放置用户的主系统
ota 分区：存储ota升级相关的信息，用于SPL做是否进入具有ota升级功能的Freertos系统的判断条件。ota分区烧录的文件可以为一个空文件。

设置完成之后可以将此配置另存为配置文件。

注：分区的大小和分区的起始地址对齐flash的块大小。

5.1.2 MMC存储介质

此处以x2000e芯片，存储介质为mmc0为例：

uboot 分区：放置支持rtos_ota功能的SPL镜像
rtos_ota 分区：放置具有ota升级功能的Freertos系统镜像
rtos 分区：此处用Freertos系统作为示例，放置用户的主系统
ota 分区：存储ota升级相关的信息，用于SPL做是否进入具有ota升级功能的Freertos系统的判断条件。ota分区烧录的文件可以为一个空文件。

设置完成之后可以将此配置另存为配置文件。

注：分区的偏移量和分区名要与uboot中的分区表一致。

5.2 Liunx系统作为主系统的烧录工具配置

5.2.1 MTD存储介质

此处以x2600e芯片，存储介质为nor flash为例：

uboot 分区：放置支持rtos_ota功能的SPL镜像
rtos_ota 分区：放置具有ota升级功能的Freertos系统镜像
kernel 分区：用户的主系统，此处为Linux系统，放置kernel镜像
rootfs分区：用户的主系统，此处为Linux系统，放置rootfs镜像
ota 分区：存储ota升级相关的信息，用于SPL做是否进入具有ota升级功能的Freertos系统的判断条件。ota分区烧录的文件可以为一个空文件。

设置完成之后可以将此配置另存为配置文件。

注：建议将Linux系统的分区放置在rtos_ota之前，分区的大小和分区的起始地址对齐flash的块大小。

5.2.2 MMC存储介质

此处以x2000e芯片，存储介质为mmc0为例：

uboot 分区：放置支持rtos_ota功能的SPL镜像
rtos_ota 分区：放置具有ota升级功能的Freertos系统镜像
kernel 分区：用户的主系统，此处为Linux系统，放置kernel镜像
rootfs分区：用户的主系统，此处为Linux系统，放置rootfs镜像
ota 分区：存储ota升级相关的信息，用于SPL做是否进入具有ota升级功能的Freertos系统的判断条件。ota分区烧录的文件可以为一个空文件。

设置完成之后可以将此配置另存为配置文件。

注：建议将Linux系统的分区放置在rtos_ota之前，分区的偏移量和分区名要与uboot中的分区表一致。

六设备端的OTA升级的流程

6.1 ota的升级流程图

6.2 ota升级过程中文件分包策略

在通过usb的cdc协议传输镜像的过程中，数据包大小是以存储介质的页大小为单位进行分包传输。传输过程中的每个包和包头都进行crc32校验，并将结果存储在包头中，设备端和上位机对包进行接收时，会对包内容和包头进行校验。

每次写入到存储介质中的数据都会进行回读，并计算其crc32校验值，与数据包中包含的crc32校验值进行比较。

6.3 ota分区策略

更新分区中的镜像时，由上位机告知设备端对哪个分区进行升级，升级结束也由上位机告知设备端将ota分区中的信息改写。

不建议对uboot分区进行升级，一旦升级失败机器将无法启动。

目前采取的更新策略是由rtos_ota分区中的镜像对各个分区进行升级，因此若对rtos_ota分区进行升级，升级失败可能会导致rtos_ota分区中的镜像无法启动，无法使用ota升级功能。

6.4 进入具有ota升级功能的Freertos系统

修改ota分区中的内容为"ota:rtos_ota"

6.4.1 主系统为Freertos系统

此处以x2600 nor flash 的Freertos系统作为主系统为例：

Freertos 系统暂时只支持nor的读写命令，nand和mmc暂且不支持，需要自行添加代码实现读写功能。

# nor flash存储介质可用以下命令
$ nor_write 0x700000 0x6F 0x74 0x61 0x3A 0x72 0x74 0x6F 0x73 0x5F 0x6F 0x74 0x61
$ reset
$ nor_read 0x700000 0x20

6.4.2 主系统为Linux系统

$ cd /tmp
$ echo "ota:rtos_ota" > ota
#of对应的路径为ota分区所对应的设备名，此处为mmc设备
$ dd if=./ota of=/dev/mmcblk0p4 count=512 bs=1
#of对应的路径为ota分区所对应的设备名，此处为mtd设备
$ dd if=./ota of=/dev/mtdblk0p4 count=512 bs=1

做完以上操作，重启即可进入具有ota升级功能的Freertos系统。

6.5 退出具有ota升级功能的Freertos系统

修改ota分区中的内容不为"ota:rtos_ota"之后重启即可。

七上位机的使用

上位机的代码位于Freertos工程下，目录为：[Freertos工程目录]/freertos/example/driver/ota

具体文件如下图：

cmd_ota为编译生成的可执行文件。

在上述目录下，编译和使用上位机的代码：

#用gcc编译链编译脚本
$ gcc crc32.c pkt_api.c pkt.c tty_send_main.c usb_pkt.c -lpthread -o cmd_ota
#**********************************具体使用**********************************
#对指定分区进行ota升级
#./cmd_ota dev=[ota通讯的串口] update=[升级/回读(1/0)] file=[升级的文件名] partition=[升级的分区名]
$./cmd_ota dev=/dev/ttyACM0 update=1 file=zero.bin partition=rtos
#回读分区
#./cmd_ota dev=[ota通讯的串口] update=[升级/回读(1/0)] file=[回读的内容存放的文件路径] partition=[回读的分区名]
$./cmd_ota dev=/dev/ttyACM0 update=0 file=test.bin partition=rtos
#修改ota分区的信息，不为ota:rtos_ota, 这里以ota：rtos为例。
#进行此操作之后，复位即可退出具有ota升级功能的Freertos系统。
$ echo "ota:rtos" > ota
$./cmd_ota dev=/dev/ttyACM0 file=ota partition=ota
# 复位芯片
$./cmd_ota dev=/dev/ttyACM0 reset

# 若ota后续还有其他需执行的代码，则可使用以下命令退出ota流程（执行后面的代码）
# 使用此命令之后，会退出ota流程，注销掉cdc的设备节点，上位机ota命令不可用
$./cmd_ota dev=/dev/ttyACM0 exit

八 ota的过程打印信息

8.1 升级模式

上位机：

设备端：

8.2 回读模式

上位机：

USB's CDC协议的OTA升级

一 支持的软硬件平台​

1.1 支持的硬件平台​

1.2 支持的软件平台​

二 OTA原理和介质介绍​

2.1 OTA简介和实现方法​

2.2 OTA升级支持的存储介质​

2.3 Freertos系统的ota功能使用流程​

三 编译支持rtos_ota功能的SPL​

3.1 uboot添加支持rtos_ota功能​

3.1.1 MTD存储介质​

3.1.1.1 修改对应的板级配置文件​

3.1.1.2 编译uboot​

3.1.2 MMC存储介质​

3.1.2.1 修改对应的板级配置文件​

3.1.2.2 修改分区表​

3.1.2.3 编译uboot​

四 编译带ota升级功能的zero.bin​

4.1 IConfigTool配置​

4.2 增加ota升级代码​

4.3 编译​

五 烧录​

5.1 Freertos系统 作为主系统的烧录工具配置​

5.1.1 MTD存储介质​

5.1.2 MMC存储介质​

5.2 Liunx系统 作为主系统的烧录工具配置​

5.2.1 MTD存储介质​

5.2.2 MMC存储介质​

六 设备端的OTA升级的流程​

6.1 ota的升级流程图​

6.2 ota升级过程中文件分包策略​

6.3 ota分区策略​

6.4 进入具有ota升级功能的Freertos系统​

6.4.1 主系统为Freertos系统​

6.4.2 主系统为Linux系统​

6.5 退出具有ota升级功能的Freertos系统​

七 上位机的使用​

八 ota的过程打印信息​

8.1 升级模式​

8.2 回读模式​

一支持的软硬件平台

1.1 支持的硬件平台

1.2 支持的软件平台

二 OTA原理和介质介绍

2.1 OTA简介和实现方法

2.2 OTA升级支持的存储介质

2.3 Freertos系统的ota功能使用流程

三编译支持rtos_ota功能的SPL

3.1 uboot添加支持rtos_ota功能

3.1.1 MTD存储介质

3.1.1.1 修改对应的板级配置文件

3.1.1.2 编译uboot

3.1.2 MMC存储介质

3.1.2.1 修改对应的板级配置文件

3.1.2.2 修改分区表

3.1.2.3 编译uboot

四编译带ota升级功能的zero.bin

4.1 IConfigTool配置

4.2 增加ota升级代码

4.3 编译

五烧录

5.1 Freertos系统作为主系统的烧录工具配置

5.1.1 MTD存储介质

5.1.2 MMC存储介质

5.2 Liunx系统作为主系统的烧录工具配置

5.2.1 MTD存储介质

5.2.2 MMC存储介质

六设备端的OTA升级的流程

6.1 ota的升级流程图

6.2 ota升级过程中文件分包策略

6.3 ota分区策略

6.4 进入具有ota升级功能的Freertos系统

6.4.1 主系统为Freertos系统

6.4.2 主系统为Linux系统

6.5 退出具有ota升级功能的Freertos系统

七上位机的使用

八 ota的过程打印信息

8.1 升级模式

8.2 回读模式