应用笔记|米尔NXP iMX 93开发板OTA功能搭建

1. 概述

空中下载技术（Over-the-Air Technology， OTA）是通过移动通信的空中接口实现对移动终端设备及SIM卡数据进行远程管理的技术。本文采用了swupdate的方式进行ota升级，swupdate是一个基于嵌入式的Linux平台的升级服务框架程序，它提供了分区升级，文件升级，差分升级（补丁应用）功能，并提供了开放接口，方便用户添加自定义升级处理函数。本应用笔记主要讲述如何使用搭建在米尔基于NXP iMX 93核心板系统中的OTA功能，实现对米尔基于NXP iMX 93核心板文件系统的远程升级。

2. 环境准备

2.1. 软件资源

• OTA升级文件制作工具：ota-generate_swu.tar.gz（路径：03_Tools/ota-tools）。

• MYC-LMX9X-Core文件系统：myir-image-core-myd-lmx9x.ext4（路径：02_Images/ 或者通过Yocto编译得到，编译相关情况查看软件开发指南内容）。

• Ubuntu操作系统主机环境，虚拟机或者安装的Ubuntu PC主机皆可，没有版本要求。

2.2. 硬件资源

• 米尔基于NXP iMX 93开发板（或者MYC-LMX9X核心板+自研底板，自研底板要求至少有一个网口或者存在Wifi芯片）。

• 网线或者Wifi天线。

• 开发板电源、串口线及其他能够确保开发板能够正常运行启动所需求的配件。

2.3. 主机环境配置

进行OTA升级，必须要要在Ubuntu主机环境搭建Http服务器，以下将以Ubuntu18.04的Http服务器搭建过程举例，用户名将以myir举例，为了后续OTA升级使用，将Http服务器直接配置为后续可直接使用的配置。该过程仅供参考使用，如果使用其他版本的Ubuntu系统在搭建过程中出现任何以下说明中未出现的错误情况，请咨询互联网寻找解决办法。

• 安装apache2

sudo apt install -y apache2

• 配置环境

默认是80端口，防止其他情况使用导致冲突，修改为自定义端口：8001，修改 /etc/apache2/ports.conf文件监听端口：

$: vi  /etc/apache2/ports.conf
Listen 8001 ## 其它行不变

修改/etc/apache2/sites-enabled/000-default.conf文件端口与访问目录，方便后续使用。

$: vi /etc/apache2/sites-enabled/000-default.conf
<VirtualHost *:8001> ## 其他行不变
#DocumentRoot /var/www/html ## 默认浏览器访问目录，注释掉
DocumentRoot /home/myir/swupdate ##修改为此目录，用户名请根据修改做修改

修改apache2的配置文件/etc/apache2/apache2.conf：

$: vi /etc/apache2/apache2.conf
##找到如下行，并修改为如下内容
#<Directory /var/www/html> ##配置文件默认目录，注释掉
<Directory "/home/myir/swupdate">
        Options Indexes FollowSymLinks
        AllowOverride None
        Require all granted
</Directory>

• 重启服务

$: sudo /etc/init.d/apache2 restart

• 测试

如果是虚拟机请修改Ubuntu网络配置为桥接网卡让虚拟机和Windows主机为同一IP下，如果是其他环境则可以直接打开浏览器，并在浏览器中输入http://{hostIP}:8001，此处hostIP为配置了http服务器的Ubuntu的ip地址，例如Ubuntu 的ip地址为192.168.1.20，则在浏览器中输入:http://192.168.1.20:8001，成功则如下图所示：

图2-1. http搭建成功

3. 升级原理

OTA简单理解就是在线升级固件，将固件从服务器下载之后，相应的写入对应的分区，在这个过程中可能会存在烧录中断电或者其他原因导致分区损坏了问题，所以MYD-LMX9X选择了AB对称分区的方式来保存文件系统。

3.1. AB分区介绍

对于MYD-LMX9X的AB对称文件系统，首先做了以下逻辑处理：

首先在Uboot的env变量中添加了boot_limit，mmcbootpart，mmcbootpart_back三个变量，并且对它们添加了一定的逻辑判断，可以通过uboot命令行看到：

u-boot=> printenv boot_limit
boot_limit=3
u-boot=> printenv mmcbootpart
mmcbootpart=2
u-boot=> printenv mmcbootpart_back
mmcbootpart_back=3
bsp_bootcmd=echo Running BSP bootcmd ...; mmc dev ${mmcdev}; if mmc rescan; then if run loadbootscript; then run bootscript; else if test ${sec_boot} = yes; then if run loadcntr; then run mmcboot; else run netboot; fi; else if run loadimage; then if test ${boot_limit} -gt 0 ;then setexpr boot_limit   ${boot_limit} - 1 ;setenv boot_limit ${boot_limit} ;saveenv ;setenv mmcroot /dev/mmcblk${mmcdev}p${mmcbootpart} rootwait rw;else setenv mmcroot /dev/mmcblk${mmcdev}p${mmcbootpart_back} rootwait rw;fi;run mmcboot; else run netboot; fi; fi; fi; fi;

boot_limit的值每当开发板上电进入uboot后会将其减一，可以通过上述高亮的地方可以查看到，但是当文件系统启动成功后会被设置为3，所以假如出现了文件系统损坏的问题导致无法启动，boot_limit无法被设置为3，并且文件系统启动失败后会自动运行看门狗重启，看门狗默认时间为60s，当发现启动失败后手动重启系统也是一样的，重启后再次进入uboot，此时由于boot_limit没有被设置为3，所以此时boot_limit值为2，并且则会被再次减一。

mmcbootpart变量是当前启动的分区号，比如上述中值为2，则稍后会从mmcblk0p2启动；mmcbootpart_back是备份启动的分区号，如上述中值为3，则文件系统mmcblk0p2无法启动或者启动错误后，在boot_limit值在重启多次后为0时，将会启动mmcblk0p3备份分区。

具体的运行逻辑流程图如下：

图3-1. AB分区流程图

可以在文件系统中执行以下命令查看到eMMC中分区的情况：

root@myd-lmx9x:~# cat /proc/partitions
major minor #blocks  name
179        0    7634944 mmcblk0
179        1     102400 mmcblk0p1  #Image+dtb内核和设备树文件存放分区
179        2    3686400 mmcblk0p2  #A文件系统分区
179        3    3686400 mmcblk0p3  #B文件系统分区
179       32      32640 mmcblk0boot0
179       64      32640 mmcblk0boot1

3.2. Swupdate介绍

本节将介绍在上章节中，在进入文件系统后会进行swupdate的更新，该更新由systemd的服务启动，是自动更新，只需要修改对应的ip地址路径的配置即可。

首先介绍swupdate更新会需要到的swu文件，该文件由脚本制作生产，该制作工具压缩包已存放在03_Tools中，名称为ota-generate_swu.tar.gz，具体制作过程后续4.1章节会介绍，在这里先介绍其中swu文件的配置文件sw-description，该文件如下所示：

software =
{
    version = "1.1";
    description = "Firmware update for myd-lmx9x"
    myd-lmx9x = {
    hardware-compatibility: [ "1.0", "1.1" ];
    stable:
    {
      main:
      {
        images:(
          {
             filename = "myir-image-core-myd-lmx9x.ext4";
             device = "/dev/mmcblk0p3";
             filesystem = "ext4" ;
            }
           );
          bootenv:(
            {
              name="mmcbootpart";
              value="3";
            },
           {
            name="mmcbootpart_back";
            value="2";
          }
         );
         scripts: (
         {
         filename = "update.sh";
         type = "shellscript";
         }
       );
    };

其中包含了version，设备名称myd-lmx9x，硬件版本hardware-compatibility，stable和之中的main分支，以及images、bootenv、scripts参数。

系统内已经安装了自启动服务，在系统开机后将会自行执行，输入以下命令查看服务具体内容：

[Unit]
Description=SWUpdate daemon
After=swupdate.service

[Service]
ExecStart=/etc/myir-swupdate.sh
KillMode=mixed

[Install]
WantedBy=multi-user.target

该服务将会自动执行/etc/myir-swupdate.sh脚本，查看该脚本内容：

#!/bin/sh
. /etc/board_part_info.conf
echo EMMC_DEV ${EMMC_DEV}
echo SD_DEV ${SD_DEV}
echo ROOTFS_A_PART=${ROOTFS_A_PART}
echo ROOTFS_B_PART=${ROOTFS_B_PART}
current_rootfs=""
check_root_part_cmdline()
{
        cmdline=`cat /proc/cmdline`
        for i  in $cmdline
        do
               if [[ `echo $i | grep "root="` != "" ]];then
                       current_rootfs=${i##*/}
               fi
        done
}
check_need_repalce_env()
{
        echo ${current_rootfs}
        result=$(echo ${current_rootfs} | grep "mmcblk")
        if [[ ${result} != "" ]];then
                bootdev=${current_rootfs%p*}
                #echo bootdev ${bootdev}
                if [[ `grep ${bootdev} /etc/fw_env.config` == "" ]];then
                       sed -i "s/mmcblk[0-9]*/${bootdev}/g" /etc/fw_env.config
                fi
        fi
}
function_on_different_part()
{
        case ${current_rootfs:0-1} in
        ${ROOTFS_A_PART})
                echo "rootfs A part"
                fw_setenv swu_mode 0
                fw_setenv boot_limit 3
                fw_setenv mmcbootpart ${ROOTFS_A_PART}
                fw_setenv mmcbootpart_back ${ROOTFS_B_PART}
                echo "SWUPDATE_ARGS="-v -d -uhttp://192.168.1.20/MYD-LMX9X-IMAGE/myd-lmx9x.swu -e stable,main"" > /etc/myir-swupdate.cfg
        ;;
        ${ROOTFS_B_PART})
                echo "rootfs B part"
                fw_setenv swu_mode 0
                fw_setenv boot_limit 3
                fw_setenv mmcbootpart ${ROOTFS_B_PART}
                fw_setenv mmcbootpart_back ${ROOTFS_A_PART}
                echo "SWUPDATE_ARGS="-v -d -uhttp://192.168.1.20/MYD-LMX9X-IMAGE/myd-lmx9x.swu -e stable,alt"" > /etc/myir-swupdate.cfg
        ;;
        *)
                echo "con not distinguish part"
                exit 1
        esac
}
check_root_part_cmdline
check_need_repalce_env
function_on_different_part

该脚本中，就会执行上一章节提到的env变量默认设置，以及会将修改/etc/fw_env.config文件，配置正确的fw_env工具可以使用的配置文件，fw_env其中包含了fw_printenv和fw_setenv可以再文件系统中修改uboot的env环境变量。

该脚本最后一部分将会把swupdate需要的配置信息添加到/etc/myir-swupdate.cfg中：

root@myd-lmx9x:~# cat /etc/myir-swupdate.cfg
SWUPDATE_ARGS="-v -d -uhttp://192.168.1.20/MYD-LMX9X-IMAGE/myd-lmx9x.swu -e stable,main"

其中包含了http服务器的具体ip，和swu文件的路径，已经sw-description中的分支选择。

4. 操作步骤

4.1. 远程升级

要实现OTA功能，至少需要两块设备，分别是服务器与客户端。服务器只有一个，就是MYD-LMX9X（本文以下皆用MYD-LMX9X开发板做为示例）。开发板通过串口与PC机连接，或者也可以通过ssh的方式远程访问开发板的串口，这个步骤可以阅读快速入门指南和评估指南了解具体信息。然后将需要OTA需要的swu文件存放于PC主机，然后开发板执行对应命令即可完成OTA升级，接下来详细介绍操作步骤和注意事项。

4.1.1. 制作swu文件

首先通过MYD-LMX9X的米尔电子下载中心链接或者百度网盘共享链接获取OTA升级文件制作工具：ota-generate_swu.tar.gz。

1）解压工具

在Ubuntu主机下创建工作目录并解压该工具，解压完成后进入目录：

$: mkdir ~/swupdate
$: cp <DownloadPath>/ota-generate_swu.tar.gz ~/swupdate/ota-generate_swu.tar.gz
# 此处的<DownloadPath>请根据实际情况填写文件所在路径
$: cd ~/swupdate
$: tar xvf ota-generate_swu.tar.gz
$: ls -la
total 24
drwxrwxr-x  3 beste beste  4096 4月   9 17:52 .
drwxrwx--- 55 beste beste   4096 4月   9 17:52 ..
-rw-rw-r--  1 beste beste 10240 4月   9 17:52 ota-generate_swu.tar.gz
drwxrwxr-x  2 beste beste  4096 4月   9 17:51 swupdate-ota
$: cd swupdate-ota
$: ls
generate_swu.sh  readme.txt  sw-description  update.sh

2）sw-description说明

swupdate 采用cpio的方式进行归档，该文件是描述文件，默认名称为sw-description。该文件描述了升级包归档文件中的文件信息和升级信息。sw-description内容如下：

software =
{
    version = "1.1";
    description = "Firmware update for myd-lmx9x"
    myd-lmx9x = {
    hardware-compatibility: [ "1.0", "1.1" ];
    stable:
    {
       main:
       {
          images:(
             {
                filename = "myir-image-core-myd-lmx9x.ext4";
                device = "/dev/mmcblk0p3";
                filesystem = "ext4" ;
              }
            );
            bootenv:(
              {
                name="mmcbootpart";
                value="3";
               },
               {
                 name="mmcbootpart_back";
                 value="2";
               }
             );
             scripts: (
            {
            filename = "update.sh";
            type = "shellscript";
            }
            );
          };
          alt:
          {
            images:(
              {
                filename = "myir-image-full-mys-8mmx.ext4.gz";
                compressed = "zlib";
                device = "/dev/mmcblk0p2";
              }
            );
            bootenv:(
              {
                name="mmcbootpart";
                value="2";
              },
              {
                name="mmcbootpart_back";
                value="3";
               }
            );
            scripts: (
            {
            filename = "update.sh";
            type = "shellscript";
            }
          );
          };
       };
    };
 }

该文件中的内容中，部分关键字将会在后续的开发板中进行update时使用到，这里可以先打开MYD-LMX9X开发板的串口查看下稍后会使用到的脚本，开发板eMMC启动上电并打开串口：

root@myd-lmx9x:~# ls /etc/myir-swupdate*
/etc/myir-swupdate.cfg  /etc/myir-swupdate.sh

可以看到swupdate使用到的脚本和cfg配置文件，打开配置文件：

root@myd-lmx9x:~# cat /etc/myir-swupdate.cfg
SWUPDATE_ARGS="-v -d -uhttp://192.168.1.20/MYD-LMX9X-IMAGE/myd-lmx9x.swu -e stable,main"

如果没有此配置文件，请先执行如下脚本，关于该脚本的具体描述，会在后续的3.1.2章节讲述：

root@myd-lmx9x:~# /etc/myir-swupdate.sh
EMMC_DEV 2
SD_DEV 1
ROOTFS_A_PART=2
ROOTFS_B_PART=3
mmcblk0p2
rootfs B part

可以看到配置的swu文件路径为http://192.168.1.20/MYD-LMX9X-IMAGE/myd-lmx9x.swu，其中选择sw-description说明文件中stable的main分支，可以对比参考刚才sw-description中的内容阅读理解。

其中选择main分支下的内容则将把myir-image-core-myd-lmx9x.ext4文件系统烧录到/dev/mmcblk0p3也就是开发板eMMC下的第三个分区，其中mmcblk0p1第一个分区为内核文件和设备树文件存放分区，mmcblk0p2和mmcblk0p3是文件系统分区A和文件系统分区B。

3）构建swu文件

从02_Image或者Yocto构建编译获取到myir-image-core-myd-lmx9x.ext4，并将其放到swupdate-ota目录下

$: cp <WorkDir>/myir-image-core-myd-lmx9x.ext4 ~/swupdate/swupdate-ota
# 此处的<WorkDir>请根据实际情况填写文件所在路径
$: ls
generate_swu.sh  myir-image-core-myd-lmx9x.ext4  readme.txt  sw-description  update.sh

然后将新添加的文件加入generate_swu.sh脚本：

#!/bin/bash

CONTAINER_VER="1.1"
PRODUCT_NAME="myd-lmx9x"
FILES="sw-description myir-image-core-myd-lmx9x.ext4 update.sh"

#openssl dgst -sha256 -sign swupdate-priv.pem sw-description > sw-description.sig

for i in $FILES;do
       echo $i;done | cpio -ov -H crc >  ${PRODUCT_NAME}_${CONTAINER_VER}.swu

最后执行generate_swu.sh脚本文件：

$: ./generate_swu.sh
sw-description
myir-image-core-myd-lmx9x.ext4
update.sh
2362324 blocks

可以看到需要的swu文件myd-lmx9x_1.1.swu构建完成。

$: ls
generate_swu.sh  myd-lmx9x_1.1.swu  myir-image-core-myd-lmx9x.ext4  readme.txt  sw-description  update.sh

在执行接下来的步骤之前，要确保http服务器上可以正常访问到myd-lmx9x_1.1.swu文件，如下图所示：

图4-1. http服务器

保证开发板和搭建了http服务器ubuntu主机系统处于同一个网段下，如本文示例，开发板的ip为192.168.1.56，ubuntu主机ip为192.168.1.20，并且确保互相能够ping通。

# 查看ubuntu主机 ip
$ ifconfig
enp0s3: flags=4163<UP,BROADCAST,RUNNING,MULTICAST>  mtu 1500
        inet 192.168.1.20  netmask 255.255.255.0  broadcast 192.168.1.255
        inet6 fe80::c403:d51c:76ad:270c  prefixlen 64  scopeid 0x20<link>
        ether 08:00:27:47:6a:48  txqueuelen 1000  (Ethernet)
        RX packets 1132717  bytes 1333243911 (1.3 GB)
        RX errors 0  dropped 6181  overruns 0  frame 0
        TX packets 64347  bytes 19130410 (19.1 MB)
        TX errors 0  dropped 0 overruns 0  carrier 0  collisions 0
# 查看MYD-LMX9X开发板 ip
root@myd-lmx9x:~# ifconfig eth0
eth0: flags=4163<UP,BROADCAST,RUNNING,MULTICAST>  mtu 1500
        inet 192.168.1.56  netmask 255.255.255.0  broadcast 192.168.1.255
        inet6 fe80::443e:54ff:fea7:88fb  prefixlen 64  scopeid 0x20<link>
        ether 46:3e:54:a7:88:fb  txqueuelen 1000  (Ethernet)
        RX packets 10516  bytes 989859 (966.6 KiB)
        RX errors 0  dropped 0  overruns 0  frame 0
        TX packets 589  bytes 46288 (45.2 KiB)
        TX errors 0  dropped 0 overruns 0  carrier 0  collisions 0
# 尝试Ping ubuntu主机
root@myd-lmx9x:~# ping 192.168.1.20
PING 192.168.1.20 (192.168.1.20) 56(84) bytes of data.
64 bytes from 192.168.1.20: icmp_seq=1 ttl=63 time=60.2 ms
64 bytes from 192.168.1.20: icmp_seq=2 ttl=63 time=5.73 ms
64 bytes from 192.168.1.20: icmp_seq=3 ttl=63 time=4.94 ms
64 bytes from 192.168.1.20: icmp_seq=4 ttl=63 time=2.95 ms
^C
--- 192.168.1.20 ping statistics ---
4 packets transmitted, 4 received, 0% packet loss, time 3004ms
rtt min/avg/max/mdev = 2.948/18.442/60.151/24.101 ms

4.1.2. 更新系统

完成上面的步骤后，开机进入文件系统，修改/etc/swupdate.sh，将网络地址修改为实际情况下的ip以及对应的文件路径：

echo "SWUPDATE_ARGS="-v -d -uhttp://192.168.1.20/swupdate-ota/myd-lmx9x_1.1.swu -e stable,main"" > /etc/myir-swupdate.cfg

修改完成后保存，重启开发板后将会自动更新该swu文件。