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
  • 二、韌體升級對設備的重要性
  • 三、遠程韌體升級整體框架圖
  • 四、TFTP變種協議及遠程韌體升級流程
    • 1. TFTP協議
      • 1.1 協議簡介
      • 1.2 傳輸模式
      • 1.3 協議格式
      • 1.4 TFTP 通信流程
      • 1.5 TFTP協議的缺陷
      • 1.6 TFTP客戶端/服務器設計注意事項
    • 2.遠程韌體升級流程
  • 五、IBMS 端程式設計流程圖
    • 1. webApi程式設計
    • 2.升級訊息通知定時任務程式設計
      • 2.1 Redis訊息結構
      • 2.2 平臺與設備之間的Modbus定制升級命令及其回應格式
    • 3.升級日志回寫Mysql定時任務程式設計
  • 六、幾個重要模型
    • 1.UpgradeCluster
    • 2.UpgradeTask
    • 3.UpgradeResult
    • 4.升級設備表
  • 七、升級功能測驗
  • 八、網頁原型圖設計
    • 1.集群管理
      • 1.1 在設備基礎上點選或者多選添加集群
      • 1.2 根據硬體版本或者軟體版本或者區域編碼（區域中文名稱）來創建集群
    • 2.升級任務管理
      • 2.1 上傳升級檔案
      • 2.2 選擇升級集群
      • 2.3 選擇升級時間段
      • 2.4 輸入升級策略
      • 2.5 輸入管理員密碼以確認升級任務
      • 2.6 確認之后的升級任務
    • 3.升級日志管理

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，因此對于智能硬體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，

物聯網平臺支持通過在線升級方式進行設備韌體升級，是智能設備修復系統漏洞、實作系統升級的手段，為用戶通過韌體升級提供更好的服務，韌體升級功能不僅能夠更新韌體，而且還能重新配置片上硬體資源，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、韌體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：

1. 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，并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，先期快速實作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，實作漸進式部署，有那么一點類似于互聯網的敏捷研發了，只要在架構設計階段，在硬體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，

2. 設備部署需求的多樣性
   在物聯網產品應用程序中，設備需要確定推送資訊的云主機，那么問題就來了，有可能是一個通用的云主機，也有可能因為部署需要又需要更新推送的云主機，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，那么遠程韌體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，對于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韌體升級，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于燈光強度或者時間性需要做變更，那么遠程韌體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，也可以不用升級韌體，

3. 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：硬體+韌體程式，在基于SoC的應用中，遠程韌體升級功能不僅能夠更新韌體，而且還能重新配置片上硬體資源，

有了遠程韌體升級的備案，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，同時基于日益嚴峻的安全形勢威脅，備韌體可通過遠程韌體升級流程獲得最新補丁和更多安全演算法，做到不斷加固的，

三、遠程韌體升級整體框架圖

四、TFTP變種協議及遠程韌體升級流程

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,并且用到了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, 簡單檔案傳輸協議也稱小型檔案傳輸協議)，默認基于UDP方式進行實作，但是本應用采用TCP方式進行實作，原因是如果是無線（如4G）組網，UDP無法找到設備，而TCP基于長連接，只要不釋放連接，平臺能找到內網中的設備，設備需要先連接公網平臺，

1.2 傳輸模式

本應用使用octet模式，

1.3 協議格式

TFTP共定義了五種型別的包格式，格式的區分由包資料前兩個位元組的Opcode欄位區分，分別是：

opcode operation:

1. Read request (RRQ)
2. Write request (WRQ)
3. Data (DATA)
4. Acknowledgment (ACK)
5. Error (ERROR)

即：

• 讀檔案請求包：Read request，簡寫為RRQ，對應Opcode欄位值為1
• 寫檔案請求包：Write requst，簡寫為WRQ，對應Opcode欄位值為2
• 檔案資料包：Data，簡寫為DATA，對應Opcode欄位值為3
• 回應包：Acknowledgement，簡寫為ACK，對應Opcode欄位值為4
• 錯誤資訊包：Error，簡寫為ERROR，對應Opcode欄位值為5

1.4 TFTP 通信流程

• tsize選項：
  當讀操作時，tsize選項的引數必須為“0”，服務器會回傳待讀取的檔案的大小
  當寫操作時，tsize選項引數應為待寫入檔案的大小，服務器會回顯該選項

• blksize選項：
  修改傳輸檔案時使用的資料塊的大小（范圍：4~65464）

• timeout選項：
  修改默認的資料傳輸超時時間（單位：秒）

1.5 TFTP協議的缺陷

• 傳輸效率低
• 對于超時機制沒有明確說明
• 每包長度固定為512位元組，不靈活

1.6 TFTP客戶端/服務器設計注意事項

1. 只能是客戶端發送讀寫請求，讀寫請求資料包中可能附帶選項資訊，在讀寫請求資料包中可能有很多個選項，但一個選項只能出現一次，選項出現的順序并不重要，

2. 當客戶端向服務器發送帶選項的讀請求資料包，服務器可能回傳三種回應：

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

3. 當客戶端向服務器發送帶選項的寫請求資料包，服務器可能回傳三種回應：

• 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.遠程韌體升級流程

備注：4，5步驟，結束包分兩種情況：1.如果檔案位元組不是512的整數倍，設備端則收到不足512位元組的包之后，回應ACK，服務端關閉socket；2.如果傳輸檔案剛好是512位元組的整數倍，則最后一個有效包傳輸完成之后，設備端會回傳兩個ACK，接收到第二個ACK，服務端發空包，ACK回傳有效包號+1，服務端關閉socket，

五、IBMS 端程式設計流程圖

1. webApi程式設計

2.升級訊息通知定時任務程式設計

2.1 Redis訊息結構

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

2.2 平臺與設備之間的Modbus定制升級命令及其回應格式

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定時任務程式設計

六、幾個重要模型

1.UpgradeCluster

存于Redis中，
ip地址以逗號隔開的集合的字串，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型別；
執行策略：DateTime型別；延時時間；
檔案名稱：string型別
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資料庫，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（資料庫主鍵）,ip，計劃開始時間，內碼

此表位于Redis中

七、升級功能測驗

Step1. TCP工具下發指令的升級回應包，包型別為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

綜上，升級功能單臺設備測驗成功，

八、網頁原型圖設計

此部分功能本來應使用Axure工具設計升級部分web互動的動態原型圖，但是在另一個OMC平臺已經設計過此模塊，前端同事對此比較熟悉，故此處用升級的網頁截圖代替原型圖部分，以作展示，

1.集群管理

1.1 在設備基礎上點選或者多選添加集群

1.2 根據硬體版本或者軟體版本或者區域編碼（區域中文名稱）來創建集群

區域編碼需要支持直接編碼輸入與中文輸入兩種方式來創建集群，支持增刪查，

2.升級任務管理

2.1 上傳升級檔案

2.2 選擇升級集群

2.3 選擇升級時間段

2.4 輸入升級策略

即輸入升級延時時間，為一個時間段，單位分鐘，

2.5 輸入管理員密碼以確認升級任務

2.6 確認之后的升級任務

3.升級日志管理

備注：升級日志中的狀態可洗掉，

標籤：其他

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