基于移远BC28的STM32+NB-IOT的OTA案例分享

随着互联网的发展和无线通讯网络的普及，低功耗窄带通讯为物联网带来了更多机会。凭借着其覆盖范围广、功耗低等特点，获得了广泛的关注与重视，不断加速实现物与物之间建立智能化、数据化的联系。借助通讯和云计算的高速发展，越来越多的设备开始物联网化演进，大规模部署后的物联网设备面临着在线升级（OTA）的需求，从而解决系统更新，产品功能迭代、漏洞修复、和安全防护等问题。

这其中的在线升级功能，需要使用 OTA (Over-the-Air) 技术 。简单地说，OTA 就是通过网络来升级手中的智能设备。由于大多数物联网终端受硬件资源、功耗、带宽等限制，传统的整包升级方式已经越来越难以满足客户需要，而稳定安全的差分升级在OTA这一技术领域中显得尤为重要。尤其是NB-IOT这类窄带通信技术，大多数应用都是由低功耗小资源的MCU+NB-IOT通讯模块实现的，NB-IOT通讯模块实现联网功能，设备应用运行在MCU上，使用差分OTA升级，可以实现减低功耗、减少硬件资源消耗、提升升级体验、加速下载过程，提供更好的安全性和可靠性，并且有效防止大量设备下载时候对基站等设施的冲击。艾拉比提供的基于MCU+NB-IOT的差分技术方案已经广泛应用在如门锁、手表、定位器、路灯控制器、共享停车位、烟感和表计等领域。

下面以移远BC28+STM32L053为例，来演示如何利用艾拉比的差分技术通过NB网络升级STM32的APP固件。我们将从升级方案的设计，设备操作流程两个部分来详细讲解这个方案：

01.升级方案的设计

下图展示了这个升级方案的软件框架：

从上图可以看到STM32里中需要有三个部分的修改：

1. STM32L053的APP部分，需要集成与OTA服务器通信的程序，我们称为Update Controller，简称UC

2. STM32L053的bootloader部分，需要集成差分升级算法程序，我们称为Update Agent，简称UA

3. STM32L053上需要规划处一定的存储空间，用来存储下载的差分包。

从设计的软件框架来看升级将分为两个阶段：下载差分包阶段和升级上报阶段。在窄带网络下，我们以LWM2M协议为基础来和OTA服务器进行交互通信，设备与服务器端建立的是COAP连接。

我们先来详细分解下载阶段的流程：

从上图中我们可以看到整个下载差分包的流程分以下几个步骤：

1. 初始化模组， STM32向BC28发送初始化的AT指令。

2. STM32发送AT指令给BC28，建立网络链接。BC28返回建立网络的结果给STM32。

3. STM32透过BC28，向OTA服务器发起注册请求。OTA服务器透过BC28下发注册结果，STM32将这些注册信息保存下来。

4. STM32透过BC28，向OTA服务器发起检测版本的请求。OTA服务器透过BC28下发新版本的信息，这其中包含了差分包的下载地址。

5. STM32基于得到的下载地址，透过BC28向OTA服务器发送下载差分包请求。OTA服务器会根据请求将差分包分段透过BC28下发给STM32，STM32在收到后将这些数据存储在差分包存储区域。

6. STM32在下载完差分包并经过校验后，透过BC28上报下载升级包的结果给到OTA服务器。OTA服务器透过BC28下发上报结果。

7. STM32发送指令给BC28关闭网络连接，BC28返回关闭网络连接结果

8. STM32进行软重启，进入bootloader

接下来升级流程就进入了下一个阶段，我们先来看流程图：

从上图中我们可以看到整个升级上报的流程分以下几个步骤：

1. STM32在bootloader中运行UA程序，完成差分升级，升级完成后重启。

2. STM32向BC28发送初始化的AT指令，BC28向STM32返回初始化结果。

3. STM32发送AT指令给BC28，建立网络链接。BC28返回建立网络的结果给STM32。

4. STM32透过BC28，向OTA服务器发起注册请求。OTA服务器透过BC28下发注册结果，STM32将这些注册信息保存下来。

5. STM32透过BC28，向OTA服务器上报升级结果。OTA服务器透过BC28下发升级上报结果。

6. STM32通知BC28关闭网络连接，至此整个升级流程结束。

通过对整个方案以及两个阶段流程解析，我们可以看到，在窄带网络下的差分升级，对于这种网络特性，对差分包的大小以及差分包传输的稳定性需要有一定的保障，所以在下载差分包的时候，我们需要进行分段下载，并且需要对每段数据进行相应手段的校验。下面我们从设备端的操作，来看一下整个升级的流程。

02、设备操作流程

从下图我们看到，左边的开发板基于STM32L053，右边的开发板基于移远BC28，我们将通过串口线将两个设备连接在一起进行升级操作。STM32开发板上的蓝色按钮的功能是发起整个升级流程，黑色按钮的功能是重启STM32开发板，下面我们开始操作。

首先我们按下STM32开发板上的蓝色按钮，发起升级流程，这个时候STM32开发板屏幕上会有如下显示：

此时，我们还可以通过连接到PC上的debug工具，可以看到相应log,这段动画显示的是STM32从初始化到检测版本整个过程的log。

在检测完成后，STM32自动进入下载差分包阶段，下面两张图是STM32进入下载差分包流程时的屏幕进度显示：

这个阶段，我们也可以清晰的从PC的debug工具里看到整个下载流程：

在下载成功后，我们手动按一下STM32开发板上的黑色按键，重启STM32开发板，让设备进入bootloader开始升级，下面两张图是STM32开发板在升级时的屏幕显示：

完成升级后，STM32开发板重启重新进入APP，这个时候会自动将这次升级的结果进行上报，下图是STM32开发板在进行升级上报时候的屏幕显示：

同样，我们也可以在PC上的debug工具里看到整个上报流程：

从STM32开发板的屏幕上看到完成这个流程后，STM32开发版本的固件从1.0成功的升级到了1.1，至此整个升级完成。