揭秘STM32 OTA升級：輕松實現(xiàn)固件遠程無縫更新（一）
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一、系統(tǒng)簡介
本 OTA（Over-The-Air）升級系統(tǒng)基于 STM32 系列 MCU，結(jié)合開源組件 mOTA 實現(xiàn)遠程或本地固件升級。系統(tǒng)由 Bootloader、固件打包器、固件傳輸器三部分組成，采用標準的 YModem-1K 協(xié)議進行數(shù)據(jù)傳輸，并支持外部 Flash 存儲、固件完整性校驗、斷電保護、加密與版本管理等功能。
本文引用地址：http://www.2s4d.com/article/202506/471234.htm系統(tǒng)目標是實現(xiàn)：
可靠、安全、低侵入式的升級機制
Boot 與 APP 分離，減少耦合
最小化對原有應用程序的改動
二、實現(xiàn)功能
1. 基礎功能
功能 | 描述 |
固件接收 | 通過串口使用 YModem 協(xié)議接收 .ota 固件 |
存儲管理 | 支持寫入內(nèi)置 Flash 或外部 SPI/QSPI Flash |
固件校驗 | 支持 CRC32 校驗、魔術字校驗、固件長度比對 |
啟動控制 | Bootloader 決定啟動 APP 或進入升級模式 |
狀態(tài)指示 | LED 狀態(tài)閃爍/串口輸出提示當前進度 |
固件跳轉(zhuǎn) | 校驗通過后跳轉(zhuǎn)執(zhí)行新 APP |
2. 高級功能（可選）
功能 | 描述 |
固件加密 | 支持對 OTA 包 AES 加密與解密 |
固件簽名 | 固件支持附加 RSA 簽名與驗證 |
雙分區(qū) | 實現(xiàn) APP A/B 區(qū)交替升級 |
斷點續(xù)傳 | 支持升級中斷后恢復上次進度 |
出廠恢復 | 支持按鍵長按恢復出廠固件 |
版本回退 | 若 APP 啟動失敗，自動回退舊版本 |
? 三、系統(tǒng)架構(gòu)
1. 組成模塊
┌─────────────────────────────┐
│ 上位機 (YModem) │ ← 固件發(fā)送工具/Firmware_Packager
└────────────┬────────────────┘
│
串口傳輸(YModem協(xié)議)
↓
┌─────────────────────────────┐
│ Bootloader │
│ ┌─────────────────────────┐ │
│ │ OTA標志檢測 │ │
│ │ YModem接收與CRC校驗 │ │
│ │ Flash寫入管理 │ │
│ │ 固件信息提取與驗證 │ │
│ │ App跳轉(zhuǎn) & 啟動判斷 │ │
│ └─────────────────────────┘ │
└────────────┬────────────────┘
↓
┌─────────────────────────────┐
│ APP │
│ ┌─────────────────────────┐ │
│ │ 功能運行（采集/通訊等） │ │
│ │ OTA觸發(fā) & 重啟設置標志 │ │
│ └─────────────────────────┘ │
└─────────────────────────────┘
2. 分區(qū)示意（以 STM32F4 為例）
區(qū)域 | 起始地址 | 大小 | 用途 |
Bootloader | 0x08000000 | 16KB | 固定啟動區(qū) |
APP 主區(qū) | 0x08004000 | 480KB | 正常應用區(qū) |
OTA 緩存區(qū)（外部 Flash） | 0x90000000 | 1MB+ | 新固件臨時存儲 |
固件信息區(qū) | 末頁 | 4KB | 保存版本、CRC、長度等信息 |
四、設計思路
設計思路
1. Boot 與 APP 分離
Bootloader 是獨立的小程序，負責固件升級與跳轉(zhuǎn)，不與主程序交叉編譯
APP 層可最小侵入，僅在需要升級時設置跳轉(zhuǎn)標志，重啟進入 Bootloader
2. 狀態(tài)機驅(qū)動升級流程
Bootloader 內(nèi)部采用狀態(tài)機結(jié)構(gòu)組織升級流程，提升清晰度和可維護性：
BOOT_WAIT_TRIGGER → BOOT_OTA_MODE → BOOT_RECEIVE
↓ ↓
BOOT_FAIL → BOOT_VERIFY → BOOT_SUCCESS → BOOT_JUMP_APP
3. 安全性 & 容錯設計
加密：防止固件被截獲、篡改
簽名：校驗固件來源是否合法
魔術字 + CRC32 校驗：確保接收完整
斷電保護機制：每頁寫入成功標志，重啟后按標志恢復
4. 固件包打包規(guī)范
由 Firmware_Packager 工具打包，包含以下結(jié)構(gòu)：
Header(64B) | 固件內(nèi)容 | 固件尾標志（Watermark） | 可選簽名
支持自定義版本號、加密方式、簽名機制
工具命令行參數(shù)靈活，可擴展
5. 軟件架構(gòu)
軟件架構(gòu)
硬件層描述的是運算器件和邏輯器件，如 CPU、ADC、TIMER、各類 IC 等，是所有軟件組件的硬件基礎，是軟件邏輯的最終底層實現(xiàn)。
硬件抽象層是位于驅(qū)動與硬件電路之間的接口層，將硬件抽象化。它隱藏了特定平臺的硬件接口細節(jié)，為驅(qū)動層提供抽象化的硬件接口，使其具有硬件無關性。
驅(qū)動層通過調(diào)用硬件抽象層的開放接口，實現(xiàn)一定的邏輯功能后封裝，提供給上層軟件調(diào)用。
數(shù)據(jù)傳輸層負責收發(fā)數(shù)據(jù)，對外開放的是數(shù)據(jù)發(fā)送與接收相關的接口，屏蔽了通訊接口的邏輯代碼，使其易于修改為其他類型的通訊接口。
協(xié)議析構(gòu)層將調(diào)用數(shù)據(jù)傳輸層的數(shù)據(jù)收發(fā)接口進行封包發(fā)送與收包解析，通過實現(xiàn)公有協(xié)議或自定義的協(xié)議，完成對數(shù)據(jù)的構(gòu)造和解析。
應用層負責業(yè)務邏輯代碼的實現(xiàn)，通過調(diào)用其他層封裝的接口，完成頂層邏輯功能。
6. 文件架構(gòu)
├─ document 設計和原理性文檔
├─ example 示例工程
├─ image 圖片資源
├─ source mOTA 組件的源碼
│ ├─ bootloader mOTA 組件的 bootloader 部分
│ │ ├─ Component 第三方庫
│ │ ├─ Config bootloader 配置文件
│ │ ├─ Core 核心源碼
│ │ │ ├─ Module 代碼模塊（可移植部分）
│ ├─ BSP BSP（板級支持包）
├─ tools mOTA 組件的工具部分
│ ├─ firmware_packager 固件打包工具
│ ├─ YModem_Sender 基于 YModem-1K 協(xié)議的發(fā)送工具
├─ README.md 說明文件
├─ LICENSE Apache-2.0 開源許可
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