物聯網產品設計中的設備升級功能

本文轉載自查看原文 2020-12-17 10:38 801 設備升級/ tftp/ 設備在線升級/ 物聯網/ 集群管理/ TCP長連接

物聯網產品設計中的設備升級功能

物聯網產品設計中的設備升級功能

一、背景

在迅速變化和發展的物聯網市場，新的產品需求不斷涌現，因此對於智能硬件設備的更新需求就變得空前高漲，設備不再像傳統設備一樣一經出售就不再變更。

物聯網平台支持通過在線升級方式進行設備固件升級，是智能設備修復系統漏洞、實現系統升級的手段，為用戶通過固件升級提供更好的服務。固件升級功能不僅能夠更新固件，而且還能重新配置片上硬件資源。同時，在線升級也是嵌入式設備端的敏捷式開發的新型產品化方式。

二、固件升級對設備的重要性

物聯網領域具有多樣性，應用和最終解決方案需求也是如此。面對和傳統設備的需求差異，OTA升級顯得尤其重要，主要體現在以下幾方面：

市場端的快速上線需求
天下武功唯快不破，物聯網設備產品往往留給設計者的時間不長，並且市場需要持續不斷地創新和更新功能。在設備設計時，往往會預留一些后加載的需求，先期快速實現一些功能即開始上線，上線后可以通過在線升級的方式更新更多功能，實現漸進式部署，有那么一點類似於互聯網的敏捷研發了。只要在架構設計階段，在硬件層面考慮到了未來的足夠需求，就不可以源源不斷地優化完善設備功能。
設備部署需求的多樣性
在物聯網產品應用過程中，設備需要確定推送信息的雲主機。那么問題就來了，有可能是一個通用的雲主機，也有可能因為部署需要又需要更新推送的雲主機，這個時候如果設備已經生產出來了，已經在渠道或者客戶手中，那么遠程固件升級就顯得很重要了。

還有一個比較常見的現象，一些設備在安裝以后，對於輸入輸出部件的控制模式需要變更，那么可能需要對部分設備進行固件升級。比如，一開始在一個城市部署了相同智能路燈的設備，但是某些區域的設備關於燈光強度或者時間性需要做變更，那么遠程固件升級也可以幫助解決燈光控制方式的變更。

備注：如果預留了遠程下行控制指令，且已經支持的，也可以不用升級固件。

設備安全性及完善性
任何物聯網設備不外乎都是兩部分組成的：硬件+固件程序。在基於SoC的應用中，遠程固件升級功能不僅能夠更新固件，而且還能重新配置片上硬件資源。

有了遠程固件升級的備案，那么產品不一定等到完全沒有缺陷再上市，只要在不存在較為致命的缺陷下，就可以提前上市，解決問題后在遠程完成升級修補缺陷。同時基於日益嚴峻的安全形勢威脅，備固件可通過遠程固件升級流程獲得最新補丁和更多安全算法，做到不斷加固的。

三、遠程固件升級整體框架圖

四、TFTP變種協議及遠程固件升級流程

1. TFTP協議

1.1 協議簡介

本應用的升級服務采用TFTP協議 RFC1350 中文,並且用到了TFTP(RFC2347)，用來支持OACK包格式，可選項應答，支持-tsize選項(RFC2349)。TFTP (Trivial File Transfer Protocol, 簡單文件傳輸協議也稱小型文件傳輸協議)。默認基於UDP方式進行實現，但是本應用采用TCP方式進行實現，原因是如果是無線（如4G）組網，UDP無法找到設備，而TCP基於長連接，只要不釋放連接，平台能找到內網中的設備，設備需要先連接公網平台。

1.2 傳輸模式

模式名稱	模式含義	說明
netascii	文本傳輸模式，按照一個字節8位解析	文本模式
octet	二進制模式，數據無需解析	二進制模式
mail	已過時，不使用	已過時

本應用使用octet模式。

1.3 協議格式

TFTP共定義了五種類型的包格式，格式的區分由包數據前兩個字節的Opcode字段區分，分別是：

opcode operation:

Read request (RRQ)
Write request (WRQ)
Data (DATA)
Acknowledgment (ACK)
Error (ERROR)

即：

讀文件請求包：Read request，簡寫為RRQ，對應Opcode字段值為1
寫文件請求包：Write requst，簡寫為WRQ，對應Opcode字段值為2
文件數據包：Data，簡寫為DATA，對應Opcode字段值為3
回應包：Acknowledgement，簡寫為ACK，對應Opcode字段值為4
錯誤信息包：Error，簡寫為ERROR，對應Opcode字段值為5

1.4 TFTP 通信流程

tsize選項：
當讀操作時，tsize選項的參數必須為“0”，服務器會返回待讀取的文件的大小
當寫操作時，tsize選項參數應為待寫入文件的大小，服務器會回顯該選項
blksize選項：
修改傳輸文件時使用的數據塊的大小（范圍：4~65464）
timeout選項：
修改默認的數據傳輸超時時間（單位：秒）

1.5 TFTP協議的缺陷

傳輸效率低
對於超時機制沒有明確說明
每包長度固定為512字節，不靈活

1.6 TFTP客戶端/服務器設計注意事項

只能是客戶端發送讀寫請求，讀寫請求數據包中可能附帶選項信息。在讀寫請求數據包中可能有很多個選項，但一個選項只能出現一次。選項出現的順序並不重要。
當客戶端向服務器發送帶選項的讀請求數據包，服務器可能返回三種響應：

OACK：應答讀請求和選項
DATA：應答讀請求，無選項
ERROR：請求被拒絕

當客戶端向服務器發送帶選項的寫請求數據包，服務器可能返回三種響應：

OACK：應答寫請求和選項
ACK：應答寫請求，無選項
ERROR：請求被拒絕

2.遠程固件升級流程

備注：4，5步驟，結束包分兩種情況：1.如果文件字節不是512的整數倍，設備端則收到不足512字節的包之后，響應ACK，服務端關閉socket；2.如果傳輸文件剛好是512字節的整數倍，則最后一個有效包傳輸完成之后，設備端會返回兩個ACK。接收到第二個ACK，服務端發空包，ACK返回有效包號+1，服務端關閉socket。

五、IBMS 端程序設計流程圖

1. webApi程序設計

2.升級消息通知定時任務程序設計

2.1 Redis消息結構

頻道：FileReceive
{
“fileType”:”upgrade”,
“ips”:
  [
    ”192.168.1.1”,
    “192.168.2.3”
  ]
}

2.2 平台與設備之間的Modbus定制升級命令及其響應格式

升級命令及其回應相見《LD_RD_IPDCU800管控協議格式說明書v0.0.12_chengzp20190529》1.4.5

3.升級日志回寫Mysql定時任務程序設計

六、幾個重要模型

1.UpgradeCluster

存於Redis中，
ip地址以逗號隔開的集合的字符串，例如："192.168.1.2,192.168.2.3"；
集群名稱；
設備總數；
用戶ID（用來做權限）；
key：集群名稱；
使用增刪改查方式；

2.UpgradeTask

設備名稱；設備IP；
執行時間；DateTime類型；
執行策略：DateTime類型；延時時間；
文件名稱：string類型
集群ID；
用戶ID

key：GUID；
增刪查

3.UpgradeResult

設備名稱，IP 地址，升級結果，更新時間

保存到mysql數據庫，自增ID為主鍵；
查

4.升級設備表

key：設備名稱（或者IP地址）

taskId，devId（數據庫主鍵）,ip，計划開始時間，內碼

此表位於Redis中

七、升級功能測試

Step1. TCP工具下發指令的升級回應包，包類型為05。

Step2.將設備升級為1.04版本。
1.04版本指令
f0 aa 55 0f 85 60 a4 c2 ab 78 20 34 01 4C 44 2D 52 44 5F 49 50 44 43 55 38 35 30 5F 41 70 70 6D 64 5F 31 2E 30 34 2E 38 35 30 2E 31 30 34 2E 35 33 35 31 4E 5F 63 68 65 6E 67 7A 70 32 30 32 30 31 32 30 34 2E 62 69 6E 40 31 39 32 2E 31 36 38 2E 31 2E 31 31 3A 31 30 30 36 39 fe 55 aa ef

Step3.將設備升級為1.05版本。
1.05版本指令
f0 aa 55 0f 85 60 00 a4 c2 ab 78 20 34 01 4C 44 2D 52 44 5F 49 50 44 43 55 38 35 30 5F 41 70 70 6D 64 5F 31 2E 30 35 2E 38 35 30 2E 31 32 30 2E 35 33 35 31 4E 5F 63 68 65 6E 67 7A 70 32 30 32 30 31 32 30 32 2E 62 69 6E 40 31 39 32 2E 31 36 38 2E 31 2E 31 31 3A 31 30 30 36 39 fe 55 aa ef