ESP32 学习笔记（十六）Over The Air Updates (OTA)
Over The Air Updates
- Over The Air Updates (OTA)
- OTA 流程概述
- OTA 数据分区
- APP 回滚
- APP OTA 状态
- 回滚过程
- 意外重启
- 启动无效/中止的应用程序
- 设置状态
- 没有安全启动的安全 OTA 更新
- 相关资料
- 应用示例
- API Reference
- Header File
- 参考资料
Over The Air Updates (OTA)
OTA 流程概述
OTA 更新机制允许设备根据正常固件运行时收到的数据进行更新(例如,通过WiFi或蓝牙).
OTA 要求至少使用两个 “OTA app slot” 分区(即 ota_0 和 ota_1)和 “OTA Data Partition” 来配置设备的分区表.
OTA 操作功能将新的应用程序固件映像写入当前未用于启动的 OTA 应用程序位置. 验证映像后,将更新 OTA 数据分区以指定此映像应用于下次启动.
OTA 数据分区
OTA 数据分区 (type data, subtype ota) 必须包含在使用 OTA 功能的任何项目的分区表中.
对于出厂启动设置,OTA 数据分区不应包含任何数据(所有字节都擦除为 0xFF). 在这种情况下,esp-idf 软件引导加载程序将启动 factory 应用程序(如果它存在于分区表中). 如果分区表中不包含 factory 应用程序,则会启动第一个可用的 OTA 程序(通常为 ota_0).
在第一次 OTA 更新之后,更新 OTA 数据分区以指定下一个应该引导哪个 OTA 应用程序分区.
OTA 数据分区的大小为两个闪存扇区(0x2000 字节),以防止在写入时出现电源故障时出现问题. 扇区被独立擦除并用匹配数据写入,如果它们不同意,则使用计数器字段来确定最近写入哪个扇区.
APP 回滚
应用程序回滚的主要目的是在更新后使设备保持工作。此功能允许您回滚到以前的工作应用程序，以防新应用程序出现严重错误。启用回滚过程并且 OTA 更新提供应用程序的新版本时，可能会发生以下三种情况之一：
- 应用程序正常，
esp_ota_mark_app_valid_cancel_rollback()使用状态ESP_OTA_IMG_VALID标记正在运行的应用程序。启动此应用程序没有任何限制。 - 应用程序存在严重错误，无法进行进一步的工作，需要回滚到先前的应用程序，
esp_ota_mark_app_invalid_rollback_and_reboot()将正在运行的应用程序标记为ESP_OTA_IMG_INVALID并重置。引导加载程序不会选择此应用程序进行引导，并将引导以前工作的应用程序。 - 如果设置了
CONFIG_APP_ROLLBACK_ENABLE选项，并且在不调用任何函数的情况下发生重置，则会发生并回滚。
注意：状态不会写入应用程序的二进制映像，而是将其写入数据分区。该分区包含一个
ota_seq计数器，该计数器是指向应用程序将从中进行引导的插槽（ota_0，ota_1，…）的指针。
APP OTA 状态
状态控制选择启动应用程序的过程：
| States | Restriction of selecting a boot app in bootloader |
|---|---|
| ESP_OTA_IMG_VALID | None restriction. Will be selected. |
| ESP_OTA_IMG_UNDEFINED | None restriction. Will be selected. |
| ESP_OTA_IMG_INVALID | Will not be selected. |
| ESP_OTA_IMG_ABORTED | Will not be selected. |
| ESP_OTA_IMG_NEW | If CONFIG_APP_ROLLBACK_ENABLE option is set it will be selected only once. In bootloader the state immediately changes to ESP_OTA_IMG_PENDING_VERIFY. |
| ESP_OTA_IMG_PENDING_VERIFY | If CONFIG_APP_ROLLBACK_ENABLE option is set it will not be selected and the state will change to ESP_OTA_IMG_ABORTED. |
如果未启用 CONFIG_APP_ROLLBACK_ENABLE 选项（默认情况下），则使用以下函数 esp_ota_mark_app_valid_cancel_rollback() 和 esp_ota_mark_app_invalid_rollback_and_reboot() 是可选的，并且不使用 ESP_OTA_IMG_NEW 和 ESP_OTA_IMG_PENDING_VERIFY 状态。
Kconfig 中的 CONFIG_APP_ROLLBACK_ENABLE 选项允许您跟踪新应用程序的首次引导。在这种情况下，应用程序必须通过调用 esp_ota_mark_app_valid_cancel_rollback() 函数来确认其可操作性，否则应用程序将在重新启动时回滚。它允许您在引导阶段控制应用程序的可操作性。因此，新应用程序只有一次尝试成功启动。
回滚过程
启用 CONFIG_APP_ROLLBACK_ENABLE 选项时回滚过程的说明：
- 成功下载的新应用程序和
esp_ota_set_boot_partition()函数使此分区可引导并设置状态ESP_OTA_IMG_NEW。此状态表示应用程序是新的，应监视其首次引导。 - 重启
esp_restart()。 - 引导加载程序检查
ESP_OTA_IMG_PENDING_VERIFY状态（如果已设置），然后将写入ESP_OTA_IMG_ABORTED。 - 引导加载程序选择要引导的新应用程序，以便状态不会设置为
ESP_OTA_IMG_INVALID或ESP_OTA_IMG_ABORTED。 - 引导加载程序检查所选应用程序的
ESP_OTA_IMG_NEW状态（如果已设置），然后它将写入ESP_OTA_IMG_PENDING_VERIFY。此状态意味着应用程序需要确认其可操作性，如果没有发生并且发生重新启动，此状态将被覆盖到ESP_OTA_IMG_ABORTED（参见上文），此应用程序将无法再启动，即将返回到以前的工作申请。 - 一个新的应用程序已经开始，应该进行自我测试。
- 如果自检已成功完成，则必须调用函数
esp_ota_mark_app_valid_cancel_rollback()，因为应用程序正在等待可操作性的确认（ESP_OTA_IMG_PENDING_VERIFY状态）。 - 如果自检失败，则调用
esp_ota_mark_app_invalid_rollback_and_reboot()函数回滚到上一个工作应用程序，同时将无效应用程序设置为ESP_OTA_IMG_INVALID状态。 - 如果尚未确认应用程序，则状态仍为
ESP_OTA_IMG_PENDING_VERIFY，下次启动时将更改为ESP_OTA_IMG_ABORTED。这将阻止重新启动此应用程序。将回滚到以前的工作应用程序。
意外重启
如果在首次启动新应用程序时发生断电或意外崩溃，它将回滚应用程序。
建议：尽快执行自检程序，以防止因断电而导致的回滚。
只能回滚 OTA 分区。工厂分区未回滚。
启动无效/中止的应用程序
可以引导先前设置为 ESP_OTA_IMG_INVALID 或 ESP_OTA_IMG_ABORTED 的应用程序：
- 获取最后一个无效的应用程序分区
esp_ota_get_last_invalid_partition()。 - 将收到的分区传递给
esp_ota_set_boot_partition()，这将更新otadata。 - 重启
esp_restart()。引导加载程序将引导指定的应用程序。
要确定在启动应用程序期间是否应运行自检，请调用 esp_ota_get_state_partition() 函数。如果结果为 ESP_OTA_IMG_PENDING_VERIFY，则需要进行自检并随后确认可操作性。
设置状态
关于状态设置的简要说明：
ESP_OTA_IMG_VALID状态由esp_ota_mark_app_valid_cancel_rollback()函数设置。- 如果未启用
CONFIG_APP_ROLLBACK_ENABLE选项，则esp_ota_set_boot_partition()函数将设置ESP_OTA_IMG_UNDEFINED状态。 - 如果启用了
CONFIG_APP_ROLLBACK_ENABLE选项，则esp_ota_set_boot_partition()函数将设置ESP_OTA_IMG_NEW状态。 ESP_OTA_IMG_INVALID状态由esp_ota_mark_app_invalid_rollback_and_reboot()函数设置。- 如果没有确认应用程序可操作性并且重新启动（如果启用了
CONFIG_APP_ROLLBACK_ENABLE选项），则设置ESP_OTA_IMG_ABORTED状态。 - 如果启用了
CONFIG_APP_ROLLBACK_ENABLE选项并且所选应用具有ESP_OTA_IMG_NEW状态，则在引导加载程序中设置ESP_OTA_IMG_PENDING_VERIFY状态。
没有安全启动的安全 OTA 更新
即使不启用硬件安全引导，也可以执行已签名的 OTA 更新的验证。为此，请参阅没有硬件安全启动的签名应用验证
相关资料
- Partition Table documentation
- Lower-Level SPI Flash/Partition API
- ESP HTTPS OTA
应用示例
OTA 固件更新工作流程的端到端示例: system/ota.
API Reference
Header File
- app_update/include/esp_ota_ops.h
参考资料
- Over The Air Updates (OTA)