IC: RTL8721Dx RTL8720E RTL8726E RTL8730E

概述

OTA（空中下载技术）升级机制允许设备在固件正常运行时，通过 WiFi、SPI、UART 以及文件系统等方式， 根据接收到的数据进行自我更新，可及时升级设备功能与性能。

使用 OTA 之前请先参考 Flash布局与配置 章节了解更多关于Flash布局的细节。

固件分区

在 Flash 布局中配置了两个固件分区（OTA1和OTA2）用于冗余存储和版本控制， OTA1 和 OTA2 在 Flash 布局中的位置请参考 Flash布局与配置。 BOOT 程序基于验证标准在这些分区之间进行选择。

固件标签和版本号

在 OTA1/OTA2 之间的启动选择主要依赖于证书和 Manifest 中的固件标签和版本号。如下图所示，证书和 Manifest 中均包含 8 字节的固件标签， 2 字节的主版本号和 2 字节的次版本号。

固件标签是一个固定的8字节长度的数据。OTA 选择流程检查固件标签的有效性， BOOT 程序和 APP 程序有不同的固件标签， 其中 BOOT 程序在 Manifest 中检查固件标签， APP 程序在证书中检查固件标签。

版本号是主版本号和次版本号的组合。版本号计算方式如下：

\[\text{版本号} = (\text{主版本号} \ll 16) \, | \, \text{次版本号}\]

OTA 选择流程比较版本号的大小， BOOT 程序和 APP 程序可以有不同的版本号，其中 BOOT 程序在 Manifest 中检查版本号， APP 程序在证书中检查版本号。

设备在 OTA 升级后的下一次启动， BOOT 程序中会检查固件标签的有效性和比较版本号大小，以决定从 OTA1 或 OTA2 启动。固件标签和版本一致性确保了可靠的启动。每个固件必须检查以下项目：

1. 检查 OTA1 和 OTA2 的固件标签是否有效。

   • 如果只有一个固件标签有效，则从有效的固件启动。

   • 如果两个固件标签都无效，则启动失败。

2. 比较 OTA1 和 OTA2 的版本号。

   • 如果 OTA1 和 OTA2 都有效且版本号不同，设备将从版本号更大的固件启动。

   • 如果 OTA1 和 OTA2 都有效但版本号相同，设备将从 OTA1 启动。

   

对于升级后的下一次启动需要切换到新的固件运行， OTA 支持以下两种方式在下次启动时切换到新的固件：

取决于版本号的方式取决于固件标签的方式

在新固件的 Manifest 中设置一个更高的版本号，下次启动将会从新固件启动。该方式需要在每次升级时都修改新固件的版本号，才能保证下次从新固件启动。

在项目文件夹中配置文件 manifest.json 中修改新固件的版本号。

1. 为 BOOT 程序配置版本号，版本号范围为 0 到 32767 。

   "boot":
   {
      "IMG_ID": "0",
      "IMG_VER_MAJOR": 1,
      "IMG_VER_MINOR": 1,
      ...
   },
   

2. 为 APP 程序配置版本号，版本号范围为 0 到 65535。

   "app":
   {
      "IMG_ID": "1",
      "IMG_VER_MAJOR": 1,
      "IMG_VER_MINOR": 1,
      ...
   },
   

用户可以根据需求选择 取决于版本号的方式 或 取决于固件标签的方式 。

防回滚

防回滚功能用于防止版本回滚攻击。当防回滚启用时，证书或 Manifest 中的主版本号不能小于设置在 OTP 中的防回滚版本。 否则，该固件将被视为无效，而芯片将不会从无效固件启动。

通常，如果 OTA 更新与安全性相关，用户可以在 OTP 中设置一个更大的防回滚版本号，并同时更新带有主版本号比防回滚版本号大的固件以防止回滚攻击。

防回滚流程如下所示：

1. 设备分别比较从 OTA1 和 OTA2 固件获取的主版本号与 OTP 中的防回滚版本号。

2. 如果固件的主版本号小于防回滚版本号，则该固件将被视为无效。

用户可以通过以下步骤启用防回滚功能：

1. 更改 BOOT 程序的防回滚版本号。默认情况下，所有固件使用 OTP 中相同的防回滚版本作为阈值以防止防回滚攻击。

   名称	OTP 地址	长度	描述
   BOOT 程序版本号	物理地址 0x36E~0x36F	16 位	BOOT 程序的防回滚版本号

   防回滚的 BOOT 程序版本默认值为0。用户可以更改’0’位的数量以增加BOOT 程序版本。

   例如，通过以下命令将防回滚的 BOOT 程序版本设置为 1 ：

   EFUSE wraw 36E 2 FFFE
   

2. 通过以下命令写入 OTP 以启用防回滚。

   EFUSE wraw 368 1 BF
   

注意

• 一旦启用防回滚，就无法禁用。

• 如果 BOOT 程序和 APP 程序不使用相同的防回滚版本，修改 bootloader\boot_ota_km4.c 或 bootloader\boot_ota_hp.c 中的 BOOT_OTA_GetCertRollbackVer() 并在 OTP 中为 APP 程序定义另一个防回滚版本。

BOOT 程序

OTA 固件

KM4 BOOT 程序（km4_boot_all.bin）可以通过 OTA 更新，并能够从 OTA1 或 OTA2 启动。KM4 BOOT 程序的布局如下图所示。

用户可通过以下步骤使能升级 BOOT 程序：

1. 参考 配置 SDK (menuconfig) 进入 CONFIG OTA OPTION 配置，勾选 Enable Bootloader OTA ，此步骤将BOOT 程序固件集成到 ota_all.bin 中。

2. 将 BOOT 程序的 OTA2 地址写入 OTP。根据 Flash_Layout 中的 IMG_BOOT_OTA2 设置此地址，参考 用户配置 。

   EFUSE wraw 36C 2 IMG_BOOT_OTA2
   

   例如， IMG_BOOT_OTA2 为 0x08200000 ，则写入 OTP 的命令为：

   EFUSE wraw 36C 2 0082
   

   注意

   • BOOT OTA2 地址为 OTP 地址 0x36C 中的值左移 12 位的值，或 OTP 地址 0x36C 中的值 * 4K。

   • 如果 BOOT OTA2 的默认地址为 0xFFFFFFFF ，则在 OTA 期间不会进行 BOOT 程序升级，设备总是从 BOOT OTA1 启动。

OTA 选择流程

ROM BOOT 程序根据 KM4 BOOT 程序 Manifest 中的版本号选择 OTA 固件， KM4 BOOT 程序 OTA 选择流程如下图所示。

APP 程序

OTA 固件

RTL8721DxRTL8726ERTL8720ERTL8730E

应用程序固件 ( km0_km4_app.bin ) 包含 KM0、KM4 非安全和 KM4 安全应用程序。此固件可以通过 OTA 更新，并且能够从 OTA1 或 OTA2 启动。 应用程序固件的布局如下图所示。

OTA 选择流程

BOOT 程序根据 APP 程序证书中的版本号选择 OTA 固件， APP 程序 OTA 选择流程如下图所示。

OTA 压缩固件

当启用 OTA 固件压缩功能时， APP 固件将被压缩，从而减小固件的大小，这可以有效节省 Flash 空间。

OTA 固件压缩仅适用于后缀为 app.bin 的 APP 程序固件。压缩完成后，生成的压缩固件文件将放在目录 image 中，文件后缀为 app_compress.bin 。 同时，压缩后的 APP 程序固件将被整合到 ota_all.bin 文件中，将用于 OTA 应用中。

压缩算法采用 LZMA（Lempel-Ziv-Markov 链算法），这是一种由 Igor Pavlov 开发的无损数据压缩算法，以其高压缩比和相对较低的解压内存要求而著称。 LZMA 算法通常用于 7z 格式的文件压缩，并广泛应用于 7-Zip 软件。

在这里，我们使用压缩率来衡量压缩效率。压缩率的计算公式如下：

\[\text{压缩率（％）} = \left( \frac{\text{压缩后固件大小}}{\text{原始固件大小}} \right) \times 100\]

压缩率会受到固件内容的影响。通常，压缩率在 50 ％到 70 ％之间。原始固件内容越复杂，压缩率往往越高。

OTA 压缩功能启用后启动流程具有以下特点：

1. 如果压缩固件的版本号大于或等于非压缩固件的版本号，系统将选择压缩固件。

2. 压缩固件将被解压到另一个 OTA 分区，同时覆盖该分区的旧固件。

3. 在成功解压之后，压缩固件的固件标签将被清除。

4. 压缩固件只需要在下载完成后首次启动时解压一次，之后将不再执行解压程序。

在使能 OTA 固件压缩功能时，建议在 OTA1 区存放非压缩固件， OTA2 区则存放压缩固件。用户可以根据压缩率来提前规划好 Flash 布局。

通过以下图片给出示例：

1. 设备从 OTA1 启动并运行 OTA 应用。

2. 压缩固件被下载到 OTA2。

3. 下一次启动时，系统将选择压缩固件，将其解压到 OTA1 ，然后继续从 OTA1 启动。

用户可通过以下步骤生成 OTA 压缩固件：

1. 参考 配置 SDK (menuconfig) 进入 CONFIG OTA OPTION 配置，勾选 Enable Compress APP Image 来启用 OTA 固件压缩功能。

2. 编译项目，包含压缩 APP 程序固件的 ota_all.bin 将生成在 {SDK}\amebaxxx_gcc_project 目录下。

编译 OTA 固件

修改配置

1. 参考 固件标签和版本号 选择启动新固件的方式。

2. 调整 BOOT 程序的防回滚版本号，并在必要时启用防回滚，启用步骤请参考 防回滚 。

3. 如果用户需要升级 BOOT 程序，启用步骤请参考 BOOT 程序 。

4. 如果需要启用 OTA 压缩功能，请按照 OTA 压缩固件 中的步骤进行操作。

生成 OTA 固件

在编译项目时， OTA 固件将自动生成。

1. 应用程序固件 xxx_app.bin 文件默认包含在 ota_all.bin 文件中。

2. 编译项目。OTA 固件 ( ota_all.bin ) 将生成在 {SDK}\amebaxxx_gcc_project 目录下。

OTA 固件格式

ota_all.bin 的文件格式如下所示。

OTA 文件头

项目	地址偏移	大小	描述
版本号	0x00	4 字节	OTA 文件头中的版本号， 默认值是 0xFFFFFFFF。
数量	0x04	4 字节	OTA 文件头的数量。 值为 1 或 2。
标签	0x08	4 字节	OTA 文件头的标签。 值为 OTA 。
长度	0x0C	4 字节	OTA 文件头的长度。 值为 0x18 * OTA 文件头的数量。
校验和	0x10	4 字节	升级固件的校验和。
固件长度	0x14	4 字节	升级固件的长度。
固件偏移量	0x18	4 字节	在当前固件中升级固件的起始位置。
固件ID	0x1C	4 字节	升级固件的固件ID: OTA_IMGID_BOOT: 0x0 OTA_IMGID_APP: 0x1

从无线网络更新

本节介绍通过无线网络服务器进行 OTA 的设计原则和用法。它具有良好的可移植性，便于用户移植到自己的 OTA 应用程序中。

网络服务器 OTA 显示设备如何从网络下载服务器升级固件。网络下载服务器基于网络套接字将固件发送给设备，如下图所示。

注意

确保设备和 PC 连接到同一局域网。

OTA 例程

按照以下步骤运行 OTA 例程以从 HTTP 服务器升级：

1. 如果在 修改配置 中选择 取决于固件标签的方式 ，则按照该方式中描述修改，否则跳过此步骤。

2. 编辑 example_ota.c。

   1. 根据服务器IP地址编辑主机。

      #define PORT   8082
      static const char *host = "192.168.31.193";   //"m-apps.oss-cn-shenzhen.aliyuncs.com"
      static const char *resource = "ota_all.bin"; //"051103061600.bin"
      

   2. 将 OTA 类型编辑为 OTA_HTTP。

      ret = ota_update_init(ctx, (char *)host, PORT, (char *)resource, OTA_HTTP);
      

3. 使用命令 ./build.py -a ota 重新编译项目并将固件下载到设备。

4. 如果在 修改配置 中选择 取决于版本号的方式 ，则按照该方式中描述修改，否则跳过此步骤。

5. 使用命令 ./build.py 重新编译项目，并将 ota_all.bin 复制到 DownloadServer(HTTP)。

6. 编辑 http_server.py。

   server_ip = '192.168.31.193'
   server_port = 8082
   

7. 使用命令 python http_server.py 执行脚本，以启动下载服务器程序。

8. 重置设备并连接到 HTTP 服务器。

9. 固件下载完成后，设备将自动重置并从新固件启动。

用户配置

Flash 布局请参考 Flash布局与配置 章节。如果有需要，请修改 Flash 布局。用户应该提前规划好Flash 布局，并且预留足够的空间。