一文快速了解OTA——线MCU空中升级
本帖最后由 种菜娃娃 于 2024-9-19 17:49 编辑何为OTA?
OTA（Over the Air）,一种通过蓝牙等无线连接对MCU固件进行升级和更新的技术，也称OTA DFU（Device Firmware Update）或FOTA（Firmware OTA）。相比UART、USB、SPI等有线升级方式，OTA摆脱了接线的束缚，支持手机等便携工具。对于已在现场部署的设备，OTA是实现固件升级的理想途径。
市面上OTA升级的叫法五花八门、细节不尽相同，但总归离不开新固件的下载和旧固件的覆盖，这就涉及到APP（Application）和IAP（In Application Programming）两个基本概念：APP指用户程序；IAP是将新固件写入APP区覆盖旧固件的程序。有了APP和IAP，就可以介绍OTA的两大派别了：
[*]后台式升级
主打一个两步走：
Step1. APP接收新固件，存放在Flash的空白区域。
Step2. MCU复位，IAP程序先执行，IAP发现新固件，将新固件写到APP区覆盖旧固件，升级完成。
上述操作中，新固件的下载由用户程序APP执行，新固件接收过程中用户程序可以正常运行，对使用者来说无感，因此常称作后台升级或静默升级。后台升级使用空白的Flash空间暂存新固件，新旧固件各占用一块Flash区域，因此也属于双区升级或备份升级。
后台式OTA在新固件下载、校验完成后才执行旧固件的覆盖，因此固件下载、校验异常不影响设备正常工作。但暂存新固件占用Flash空间，用户程序APP的可用空间打对折，Flash利用率较低，适于容量较大的MCU。
[*]非后台式升级
一些小容量MCU可能装不下新旧两个固件，那么可以省去新固件的暂存环节，同时新固件的接收交由IAP执行。IAP接收新固件直接覆盖APP区域的旧固件，升级过程中，APP区域的用户程序无法运行，因此属于非后台式升级，由于Flash中不再预留新固件暂存空间，因此称作单区升级。非后台式OTA的IAP接收新固件前会擦除旧固件，因此固件下载、校验异常时Flash中已没有旧固件可用，只能停留在IAP中再次尝试直到升级成功。
无论后台式OTA还是非后台式OTA，都追求更快的升级速度。将用户代码调用的库，如蓝牙协议栈等，从APP中分离出来，在Flash中开辟LIB区域单独存放，这样OTA升级文件可以不包含LIB部分，数据量的减少就大幅提升了升级速度。此类处理方式便叫做固定库模式。
下图为非后台式升级的单区+固定库模式。
在部分应用场景中，上述常见模式会使用增强的校验和额外的加密机制，以确保固件的完整性并增强安全性。在一些文章中，IAP有时会放到Bootloader中，或以用户Bootloader等名称出现，虽然名称不同，核心功能是一样的。
后台/非后台OTA-双/单区的对应关系
上文图示的两种常用OTA方式在CH585、CH592等青稞RISC-V无线MCU的SDK中配有参考例程和详细文档。提供WCH_AssemblingFileTool工具，用于APP、IAP、LIB等hex文件的合并，供ISP工具下载。提供安卓和iOS端的OTA APP，支持基于hex和BIN文件的OTA升级。
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