OTA（空中）在线升级功能通常是通过Bootloader程序和固件分区管理实现的。以下是实施其实施的核心步骤和关键技术：

1。硬件基础

《存储器分区》

微控制器的闪存需要将其分为引导加载程序区域和应用区域（甚至是多分区备份）。

– 引导加载程序区域：存储启动程序，负责固件更新和跳跃，并且需要确保其不被覆盖。

– 应用程序区域：存储主要程序，可以重写和更新。

– 备份区域（可选）：存储临时固件或旧版本，用于耐故障回滚。

《通信接口》

通过串行端口（UART），SPI，I2C，以太网，Wi-Fi，蓝牙等接收新的固件数据。

2。核心过程

步骤1：触发升级

– 外部命令触发器（例如服务器按钮，本地密钥）。

– 主要程序检测到升级请求后，它跳到引导加载程序。

步骤2：数据传输

– 引导加载程序通过通信接口接收新的固件数据，并将其存储在临时存储区域（例如Flash备份区域或外部EEPROM）中。

– 数据需要在块中传输并验证完整性（CRC，MD5，SHA等）。

步骤3：固件验证

– 验证固件合法性（例如数字签名，版本编号）。

– 防止恶意固件注射（需要加密或安全引导机构）。

步骤4：擦除和写

– 擦除目标应用程序区域的闪存部门。

– 从临时区域到应用区域编写新固件（需要闪存页面操作）。

步骤5：跳动执行

– 重置或软重新启动后，引导加载程序检查新的固件有效性。

– 如果通过验证，请跳到新的固件条目地址；如果失败，请回滚或警报。

3。关键技术

（1）引导加载程序设计

– 最小化代码：占据少量的闪光灯，仅实现固件接收，验证，擦除和跳跃。

– 通信协议：定义数据包格式（例如框架标头，长度，验证，结尾字符）。

– 中断处理：升级过程中需要暂停或重定向矢量表。

（2）闪存操作

– 部门管理：STM32的物理部门擦除（例如部门擦除）。

-IAP（应用程序内编程）：允许程序在运行时修改闪存，并且需要关闭全局中断。

（3）容错机制

– 双备份（A/B分区）：

保持旧版本的固件，并在新固件异常（需要额外的闪存空间）时自动倒下。

– 看门狗：防止升级过程被卡住。

– 电源保护：在写作前检查电压，或使用非易失性存储临时状态。

（4）安全机制

– 加密传输：加密新固件，例如AES，以防止盗窃。

– 反滚动攻击：版本号的强制增加，以避免降级漏洞。

4。典型的实施计划

解决方案1：基本串行端口升级（UART，RS232，RS485，RS422）

基本过程：

1。主程序接收升级命令，并通过串行端口接收十六进制/bin文件。

2。缓存数据到RAM或外部闪存。

3。跳到引导加载程序，删除应用区域并写入新固件。

4。重新启动并运行新程序。

解决方案2：无线OTA（例如Wi-Fi）

基本过程：

1。将设备连接到服务器，然后将加密固件下载到外部闪光灯上。

2。在主程序检查签名后，触发引导加载程序更新。

3。采用双分区切换（例如ESP32的OTA机制）。 –

5。开发工具和图书馆

-STM32：通过IAP库或使用CubeProgrammer工具链实现。

-ESP32：本地支持双OTA分区和HTTPS固件下载。

– 开源引导加载程序：

– 开放Blt（用于ARM Cortex-M）。

-Mcuboot（支持Zephyr/Mynewt等RTO）。

—

6。开发预防措施

– 资源限制：需要简化引导加载程序，以避免过多的闪存/RAM。

– 定时控制：重写Flash需要很长时间，并且需要合理设计超时机制。

– 兼容性：必须将固件适应硬件版本（例如不同型号的引脚更改）。

– 测试验证：有必要模拟异常场景，例如停电和数据错误。

7。实际情况：STM32的IAP流程

1。在主程序接收升级命令之后，它将通过UART/USB接收到外部闪光灯的新固件。

2。调用IAP功能并跳到Bootloader（位于0x08000000）。

3。引导加载程序擦除主程序区域（例如从0x08008000开始的扇区）。

5。验证CRC，如果它通过，请跳至0x08008000以执行新程序。

这是代码框架：

//bootloader.c

#include\’STM32F4XX.H\’

#include\’crc.h\’//CRC验证库

#include\’flash.h\’//Flash操作库

#Define App_Addr0x08008000 //应用程序开始地址（需要在链接脚本中配置）

#define ota_buffer0x08040000 //OTA临时存储区域地址

//申请有效性检查

int is_app_valid（uint32_t app_addr）{

//检查堆栈上的顶指针是否在RAM范围内

uint32_t stack_ptr=*（volatile uint32_t *）app_addr;

如果（stack_ptr sram_base || stack_ptr（sram_base + sram_size））{

返回0;

}

//检查重置向量是否合法（假设法律地址=0x08000000）

uint32_t reset_handler=*（volatile uint32_t *）（app_addr + 4）;

如果（reset_handler flash_base）{

返回0;

}

返回1;

}

//跳到应用程序

void jump_to_app（uint32_t app_addr）{

typedef void（*app_entry）（void）;

app_entry start_app=（app_entry）（*（volatile uint32_t*）（app_addr + 4））;

//关闭所有中断

__disable_irq（）;

//重置矢量表偏移（STM32的特殊）

scb-vtor=app_addr;

//设置堆栈指针并跳跃

__set_msp（*（挥发uint32_t*）app_addr）;

start_app（）;

}

//OTA固件更新过程

void ota_update（void）{

//1。从外部闪存/通信接口读取新固件到ota_buffer

//.

//2。验证固件（例如：CRC32验证）

uint32_t receed_crc=read_crc_from_packet（）; //假设CRC是从数据包中获得的

uint32_t carculation_crc=crc32（（（void*）ota_buffer，strineware_size）;

if（receed_crc！=calculated_crc）{

//检查失败，丢弃固件

返回；

}

//3。删除应用区域并编写新固件

flash_erase（app_addr，strindware_size）;

flash_write（app_addr，（uint8_t*）ota_buffer，pindware_size）;

//4。验证写作是否成功

if（memcmp（（（void*）app_addr，（void*）ota_buffer，pindware_size）！=0）{

//写失败，触发回滚

返回；

}

//5。成功更新，重新启动设备

NVIC_SYSTEMET（）;

}

int main（void）{

//初始化硬件（UART，FLASH，CRC等）

init_hardware（）;

//检查是否需要OTA（例如通过GPIO/UART说明）

if（check_ota_request（））{

ota_update（）;

}

//检查应用程序是否有效

if（is_app_valid（app_addr））{

jump_to_app（app_addr）;

} 别的{

//输入固件下载模式

enter_dfu_mode（）;

}

//如果所有操作都失败了，请输入死循环

而（1）;

}