基于MCU，如何零代码无开发实现OTA差分升级

随着物联网设备智能化的发展，OTA 升级已经成为了业界公认的基础能力，而 OTA 在设计和实现过程中需要依赖于物联网设备的硬件方案。物联网设备主流的硬件方案为：

1. 直接基于通讯芯片 / 模块开发的方案，用户升级的主要目标是通讯芯片 / 模块。艾拉比在设备端有基于 UA+UC 的方式提供端云一体化的 OTA 解决方案。

2. 通过 MCU/DSP/MPU 等应用处理器 / 控制器和各类通讯模块开发的方案，用户升级的主要目标是这些应用处理器 / 控制器，通讯模块更多是透传管道。

其中，MCU 作为主控处理器在物联网领域占着非常高的份额，广泛分布在智能家居、三表、工业等各个领域。在 MCU 的 OTA 升级方式上，部分客户实现方式为整包升级，甚至很多 MCU 产品是裸跑，并且是不升级的，当然这也和产品形态、功能特性、行业等相关。而差分升级相较于传统的的整包升级方式，有资源需求低、升级功耗低、升级时间短及下载流量少等诸多优势，越来越多的成为物联网升级的优选方案。举个例子，某客户 MCU 的 Flash 配置为 64KB，自身 APP 固件为 50KB，此时如果需要实现 OTA 升级，大多客户选择的方案是：

1. 外挂一颗 64KB 或者 128KB 的 Flash

2. 选择一颗 128KB Flash 资源的 MCU

而如果通过差分 OTA 升级，则在 64KB Flash 的 MCU 上直接可以实现，再加入 5KB 左右的差分升级算法后，还能剩余 9KB 左右空间来存储几 KB 的差分升级包，不增加硬件成本就可以实现 OTA 升级。

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差分升级的实现方案

差分升级大多是通过在升级程序(Bootloader 为主)中增加差分升级算法来实现，算法需要占用一些本地 Flash 和 RAM 资源。
 
差分升级又叫增量升级，顾名思义就是通过差分算法将源版本与目标版本之间差异的部分提取出来制作成差分包，然后在设备通过还原算法将差异部分在源版本上进行还原从而升级成目标版本的过程。差分升级方案不仅可以节省 MCU 内部的资源空间、还可以节省下载流程及下载和升级过程中的功耗。从另一个角度说，通过将差分部分下发到设备保证了版本的安全性。

在过去几年，艾拉比一直致力于将差分升级赋能给更多行业客户，比较主流的差分算法集成的方式是通过 SDK 的形式提供差分升级能力，客户需要将差分升级 SDK 集成到设备 Bootloader 中，有一定的集成开发量。这种方式的好处是客户可以自己根据 API 进行定制开发一些功能，但是 MCU 的碎片化导致这种集成开发方式成本较高，客户集成使用也相对有些要求，适配和测试周期也比较长，因此艾拉比基于大量 MCU 系统的认识、以及对 OTA 的理解推出一种更简便，更易用的，相对标准化的优化方案。

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MCU 差分升级的优化实现方案 UB 产品
UB(Upgrade Bootloader)产品是艾拉比基于 MCU 推出的独立标准化 bootloader 产品，内部集成了艾拉比最新的差分升级算法，烧录即可以使用，无需开发即可实现差分升级。

 
UB 通过将差分升级算法在编译 bootloader 阶段集成进去，而这个编译和开发 bootloader 的过程，艾拉比直接提供一种图形化、零开发的云端制作工具来完成，从而使得 MCU 的产品可以用最简单的方式实现差分升级能力。
 

相较于整包升级大大节省了 Flash 资源，甚至可以省去外挂 Flash 或者更换更大资源 MCU 的物料成本。作为一款标准化的产品，艾拉比提供的在线制作工具可根据用户产品的硬件配置一键生成 UB，省去了繁琐且碎片化的 OTA 适配成本，助力产品快速上市。此外，UB 在确保 OTA 的安全性上还有很多考量。比如采用一芯一码技术，根据 MCU 内出厂不可更改的唯一 ID，生成唯一安全激活码，确保设备差分功能的唯一性和升级过程的安全性。UB 中集成的异常保护支持了防掉电 / 误操作等防变砖机制，确保升级万无一失。
 

UB 的生成过程十分简便，用户根据选定的 MCU 型号和基本信息，通过界面化工具按步骤操作直接生成。操作流程如下：配置 mcu 的硬件信息 ->配置 mcu 的分区信息 ->一键生成 UB。

目前艾拉比已经适配了 ST 主流的 MCU 型号。

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UB 的使用场景
1）作为 Bootloader 的使用场景
该场景用户无需再额外开发一个 Bootloader，直接使用 UB 来引导启动程序，当有版本需要升级时跳转至升级流程，由 UB 来控制跳转。

2）作为独立子系统的使用场景
该场景用户已经根据需求制作出一个 Bootloader，那么可以将 UB 作为一个独立的升级子系统或者是二级 Bootloader，当 MCU 需要升级时由 Bootloader 跳转至 UB 来进行升级。

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UB 的成功案例—NB IOT 燃气表

我们结合表计行业的成功案例看一下 UB 如何在整表产品中使用：案例中需要升级的是 MCU 上的主控程序。

 
STM32 MCU 烧录艾拉比 OTA UB ,一方面可以作为 Bootloader 来引导系统启动，另一方面可以实现差分升级。差分升级包的获取方式有两种情况，一种通过 NB 模块从平台获取；一种通过近场的红外模块将差分升级包传输至设备。

1）通过 NB 模块从平台获取
此种方式需要在应用层集成平台连接组件,其中对网络调用通过 NB-IOT 模块的 AT 指令完成，NB-IOT 模块只进行数据透传实现网络连接。NB-IOT 表计包含应用和历史数据、配置数据等区域，升级过程只升级应用区域，数据区不做任何改变。

2）通过近场模块传输
在艾拉比在线差分平台制作完差分包后下载至本地。然后通过手持红外设备将差分包传输至表记中来实现升级，避免拆表等工作。

审核编辑 黄昊宇