漫谈LiteOS-Huawei_IoT_Link_SDK

1概述

在应用升级过程中，无线下载更新（OTA）是一种常用，且方便的升级方式。Liteos采用的OTA升级方案基于LwM2M协议，实现了固件升级（FOTA）和软件升级（SOTA）两种升级方案。用户可根据自己的开发环境选择合适的升级方式。 OTA功能代码结构如下图：

2升级文件二进制文件结构

如图所示，升级压缩包中二进制文件如下图所示，FOTA与SOTA采用相同的固件格式。

签名校验值：长度256字节，对剩余文件进行hash计算后，并进行sha256加密后得到的签名密文。
二进制信息：预留长度32字节，升级文件是全量升级文件或增量升级文件等信息。
升级文件内容：经压缩后的升级文件，升级文件使用hdiffpatch算法对新、旧镜像进行运算生成的差分包，并使用lzma算法进行压缩。

3 存储器接口

存储器结构代码位于iot_link/sotrage目录下。存储器结构被划分为两部分，分别定义为存储设备（storage.c）与设备分区（partition.c）。存储设备定义的是系统中使用的不同类型存储器及接口，如内部flash，spi flash 或 nandflash等，所使用结构体如下：

typedef struct {

  int id;

  char *name;

  uint32_t size;

 

  void (*init)();

  int (*read)(void *buf, int32_t len, uint32_t offset);

  int (*write)(const uint8_t *buf, int32_t len, uint32_t offset);

  int (*erase)(uint32_t offset, int32_t len);

  int (*erase_write)(const void *buf, int32_t len, uint32_t offset);

}storage_device;

设备分区定义了用户划分的分区信息，如下所示：

typedef struct _partition {

  uint8_t dev_id;

  char *name;

  uint32_t start_addr;

  uint32_t size;

}storage_partition;

设备分区定义了一组外部使用的接口，系统中可以使用这组接口进行相应的读写等操作。

int ota_storage_bin_read(int offset, void *buf, int len);

int ota_storage_bin_write(int offset, void *msg, int len);

int ota_storage_flag_read(ota_flag_t *flag);

int ota_storage_flag_write(ota_flag_t *flag);

4 OTA管理接口

系统中的OTA接口分为三个部分，OTA镜像接口、OTA包管理接口，OTA签名校验接口。

4.1 OTA镜像接口

OTA镜像接口包括了OTA标志镜像和OTA二进制镜像。其中OTA标志存储了升级版本号、升级文件大小、当前OTA状态及OTA升级结果等信息，其结构如下：

#pragma pack(1)

typedef struct

{

    uint8_t  ver[CN_OTA_VERSION_LEN];

    uint32_t ver_code;

    uint32_t file_size;   ///< the new bin file size

    uint32_t blk_size;    ///< the new bin block size

    uint32_t blk_num;     ///< the new bin block num

    uint32_t blk_cur;

    uint32_t file_off;    ///< the current offet to write

    uint32_t cur_state;   ///< defined by en_ota_status_t

    uint32_t ret_upgrade; ///< the upgrade,filled by the loader

    uint32_t updater;     ///< fota or sota

    uint32_t crc;         ///< all the ota information computed

}ota_flag_t;

#pragma pack()

在loader和app中维护的同一份OTA标志，APP中会根据下载进度更改cur_state值，在loader中完成升级后会重置cur_state值并填充升级结果到ret_upgrade中，在进入app后将该结果上报至服务器。外部可调用以下接口进行OTA镜像读写操作：

int storage_partition_read(int part_id, uint8_t *buf, uint32_t len, uint32_t offset);

int storage_partition_write(int part_id, uint8_t *buf, uint32_t len, uint32_t offset);

int storage_partition_erase_write(int part_id, uint8_t *buf, uint32_t len, uint32_t offset);

int storage_partition_erase(int part_id, uint32_t offset, uint32_t len);

4.2 OTA包管理接口

ota_pack实现对接FOTA功能的接口封装。该文件内实现了以下接口：

struct pack_storage_device_api_tag_s { 

    int (*write_software)(pack_storage_device_api_s *thi, uint32_t offset, const uint8_t *buffer, uint32_t len); 

    int (*write_software_end)(pack_storage_device_api_s *thi, pack_download_result_e result, uint32_t total_len); 

    int (*active_software)(pack_storage_device_api_s *thi); 

};

4.3 OTA签名校验接口

Ota_checksum实现了升级包签名验证接口。系统中可调用下面接口获取签名校验结果：

int ota_pack_get_signature_verify_result(int sign_len, int file_len);

若用户使用自己的公私钥对，可在此处更改prv_public_key为对应的公钥key值。

5 签名验证

OTA升级包签名验证在下载完成后，发送执行升级命令阶段时执行。

收到执行命令后，系统首先将调用签名校验接口进行二进制文件签名校验，只有在验签通过后，才会执行后续的升级流程，否则会退出升级流程并上报升级失败到服务器。

SOTA在接收到EN_PCP_MSG_EXCUTEUPDATE命令后，位于pcp.c文件中pcp_handle_msg函数。 FOTA流程的签名校验放在了ota_pack_man_software_write_end函数中。

6 Loader

进入Loader后会在ota_detection函数中读取OTA标志，检测当前OTA状态。若为UPDATING状态，则执行升级，否则跳转至APP。

增量升级过程首先会读取升级文件内容并解析出新、旧镜像大小及所使用的压缩插件等信息。

随后调用以下接口：

hpatch_BOOL patch_decompress_with_cache(const hpatch_TStreamOutput* out_newData,

    const hpatch_TStreamInput*  oldData,const hpatch_TStreamInput*  compressedDiff,

    hpatch_TDecompress* decompressPlugin,TByte* temp_cache,TByte* temp_cache_end)

执行还原差分镜像。其中接口参数out_newData、oldData、compressedDiff，需要由用户定义并实现对应的镜像读写接口。

7 FOTA / SOTA

FOTA和SOTA都是基于LwM2M协议实现的升级方案，区别是基于不同的对象。

FOTA使用的是协议中定义的固件对象升级方案，基于对象5实现。

SOTA使用自定义对象19，并使用了PCP协议作为数据传输协议。因此，在使用SOTA时需要将config.mk中的CONFIG_PCP_ENABLE选项使能并使用oc_lwm2m_ota_demo。

8 编译

实现OTA功能需要编译Loader镜像和App镜像。需要对编译选项进行修改：

Loader和App镜像大小定义在链接脚本中，当定义的镜像空间不足以容纳生成的镜像时，需要适当的调整其大小。Loader和app的链接脚本分别是os_loader.ld和os_loader.ld，在其中更改MEMORY中的FLASH大小，即可调节对应镜像空间。
在Makefile文件中，将cfg_seperate_load_mode值改为yes，使编译系统通过链接脚本构建目标文件。
Config.mk中，需要修改以下值：

CONFIG_MQTT_ENABLE := n // config中默认使用的时mqtt，需将其关闭 

CONFIG_LWM2M_ENABLE := y // 使能lwm2m 

CONFIG_LWM2M_TYPE := "wakaama_raw" //选择使用的lwm2m实现类型 

CONFIG_OC_LWM2M_ENABLE := y // 使能lwm2m的oc接口 

CONFIG_OC_LWM2M_TYPE := "atiny_lwm2m_raw" CONFIG_OTA_ENABLE := y 

CONFIG_PCP_ENABLE := y // 若使用SOTA，需使能该选项 

CONFIG_DEMO_TYPE := "oc_lwm2m_ota_demo" // 并使用该DEMO进行SOTA功能验证

编译loader：在GCC目录下的config.mk文件中，将CONFIG_LOADER_ENABLE和CONFIG_OTA_ENABLE的值改为y，进行loader镜像编译。
编译APP：在config.mk文件中，将CONFIG_LOADER_ENABLE值改为n，同时需要使能CONFIG_PCP_ENABLE和CONFIG_OTA_ENABLE选项，进行App镜像编译。

9 新平台适配

若用户需要在新平台上使用OTA升级功能，需要完成以下工作：

完成存储器的定义。

用户需定义所使用的存储器类型接口及分区信息，并使用以下接口将其注册到系统中：

int storage_dev_install(storage_device *dev, uint32_t max_num);

int storage_partition_init(storage_partition *part, int32_t max_num)；

完成OTA镜像接口的定义。

用户需定义ota_storage_t中flag镜像与bin镜像的读写接口，并通过下面接口进行注册：

int ota_storage_install(const ota_storage_t *device);

对于FOTA系统，需要同时适配hal_get_ota_opt函数，填充并返回ota_opt_s的read_flash和write_flash接口。

对于loader，需完成ota_detection函数，实现ota状态检查及镜像的升级功能。
在config.mk中定义CONFIG_LOADER_ENABLE值为y，进行Loader镜像的编译。将改值改为n，进行APP镜像的编译。
在Makefile文件中将cfg_seperate_load_mode赋值为yes，以使用对应的链接脚本来构建对应的执行文件。