AmazonFreeRTOS可幫助開發(fā)人員簡化將物聯(lián)網(wǎng)(IoT)設備連接到云的過程。然而，即使有更簡單的云連接，許多開發(fā)人員面臨的一個主要障礙仍然是如何現(xiàn)場升級其設備的固件。

固件升級常常利用引導程序完成；基于設備架構(gòu)和可用的通信外設，引導程序可能有多種不同形式。引導程序很普遍，幾乎所有嵌入式系統(tǒng)中都有包括，因此開發(fā)人員需要利用現(xiàn)有解決方案，而不是從頭開始開發(fā)。這樣，他們可以將更多時間投入到產(chǎn)品的差異化和特性上。

本文將探討開發(fā)人員如何利用內(nèi)置于AmazonFreeRTOS(a:FreeRTOS)中的引導程序功能（常被稱為空中升級(OTA)），來快速實現(xiàn)在其物聯(lián)網(wǎng)設備上運行引導程序解決方案。

AmazonFreeRTOS的OTA升級概述 

AmazonFreeRTOS是一種實時操作系統(tǒng)，其中包含了輕松連接AmazonWebServices(AWS)所需的全部庫。AmazonFreeRTOS本質(zhì)上是FreeRTOS內(nèi)核，現(xiàn)已包含連接和安全庫，以方便與AWS進行安全通信。OTA特性包含在單獨的OTA庫中，必須單獨配置才能包含在a:FreeRTOS下載中。

a:FreeRTOSOTA升級服務包含必要的軟件以便開發(fā)人員可以執(zhí)行如下操作：

部署前對固件進行數(shù)字簽名和加密

將新固件映像安全地部署到單一設備、設備組或整個設備集群

當設備加入組中、重新啟動或重新配置時，將固件部署到設備中

將新固件部署到設備后驗證其真實性和完整性

監(jiān)視部署進度

調(diào)試失敗的部署

這些特性通過運行各種AWS服務來提供，例如：

OTA管理器服務

AWSIoT作業(yè)服務

串流服務

AmazonFreeRTOS代碼簽名服務

OTA庫和代理

對開發(fā)人員而言，讓所有這些部分協(xié)同工作所需的步驟是相當多的，無法在一篇文章中詳細說明。本文將重點介紹如何入門，以及關(guān)于在實驗室中成功設置a:FreeRTOS的一些經(jīng)驗教訓和訣竅。

選擇OTA測試硬件

a:FreeRTOS目前支持多種開發(fā)板。它支持的開發(fā)套件包括：

TexasInstruments的SimpleLinkWi-FiCC3220SFWirelessLaunchPad開發(fā)套件

MicrochipTechnology的PIC32MZEFCuriosity開發(fā)套件

STMicroelectronics的STM32L4Discovery套件IoT節(jié)點

NXPSemiconductors的LPC54018IoT模塊

EspressifSystems的ESP32-DEVKITC開發(fā)套件

圖1：TexasInstruments的CC3220SF-LaunchXL是一個可以啟動AmazonFreeRTOSOTA的全集成解決方案。該微控制器集成一個Wi-Fi模塊，最大限度地減小了物理尺寸并降低能耗。

出于多方面原因，本文將重點介紹SimpleLinkWi-FiCC3220SF。首先，CC3220SF是目前唯一集成了Wi-Fi模塊的a:FreeRTOS微控制器。雖然其他開發(fā)板具有板載Wi-Fi模塊，但CC3220SF通過將控制器和Wi-Fi功能集成在單一芯片中，節(jié)省了電路板空間和能耗。

其次，CC3220SF的外部存儲設備可以存儲固件映像并在引導過程中恢復映像，因此其安全特性很有意義且更為復雜。如果讀者能夠在CC3220SF上成功設置OTA，那么在其他平臺上將不會有任何問題。

最后，CC3220SF是OTA演示應用支持的第一款處理器，因此設計人員可以放心，處理器在CC3220SF上已經(jīng)過全面審查。

圖2：J-LinkUltra+是一款全功能專業(yè)調(diào)試器，其特性包括無限制斷點，以及極快的SWO和接口時鐘速率。開發(fā)人員可以利用J-LinkUltra+執(zhí)行應用跟蹤，以便了解OTA示例如何工作。

除了選擇開發(fā)板之外，開發(fā)人員可能還需放棄板載編程器，而使用專業(yè)編程器，例如SeggerMicrocontrollerSystems的J-LinkUltra+。專業(yè)編程器會降低程序速度并提供額外的調(diào)試功能，例如應用跟蹤和RTOS感知調(diào)試，這對理解黑盒應用非常重要。開發(fā)人員也可利用Tag-Connect的TC201510引腳釘式插頭，輕松將編程器連接到目標板。調(diào)試器上可能需要TC2050-ARM201020引腳適配器來轉(zhuǎn)接TC2050，以便連接板側(cè)電纜。

圖3：Tag-Connect的TC2050-IDC10引腳釘式插頭（左）是一種適配器電纜，可將開發(fā)板或生產(chǎn)電路板上的連接器基底面減到最小。與SEGGERJ-LINK一起使用時，可能需要TC2050-ARM201020引腳適配器來轉(zhuǎn)接TC2050。

配置AmazonFreeRTOS以實現(xiàn)OTA升級

默認情況下，OTA庫未包含在預配置的a:FreeRTOS包中。開發(fā)人員必須手動配置這些庫和應用。首先，應登錄AWSIoT控制臺并進入AmazonFreeRTOS菜單。然后，開發(fā)人員可以點擊“Createnew（新建）”按鈕開始創(chuàng)建自定義配置（圖4）。

圖4：在AWSIoT控制臺中，通過單擊軟件配置菜單中的“Createnew（新建）”按鈕可以自定義a:FreeRTOS設備軟件。

在配置過程中，開發(fā)人員只需要設置幾項就能配置OTA特性。其中包括：

選擇硬件

選擇所包含的a:FreeRTOS庫

設置配置名稱

對于本例，開發(fā)人員選擇CC3220SF-LAUNCHXL（圖5）。以這種方式選擇硬件平臺將會引入所有特定于電路板的文件，包括驅(qū)動程序。但是，選擇電路板并不會自動引入OTA特性。在庫部分，開發(fā)人員需要添加OTA庫（如圖6所示）。這將包含所有OTA庫，包括開發(fā)人員可以參考或采納的演示示例。

圖5：選擇將要配合a:FreeRTOSOTA特性使用的硬件配置。

圖6：將OTA升級庫添加到a:FreeRTOS配置中。

完成此操作后，開發(fā)人員便可創(chuàng)建配置并下載，然后將aws_demo項目導入代碼調(diào)試器。

設置OTA示例代碼

一旦導入aws_demosOTA示例，便需要執(zhí)行若干任務。首先，配置終端、證書和安全密鑰。這可以按照a:FreeRTOS入門指南中的步驟完成。遵循該指南并按原樣運行aws_demos項目，以便確認已連接到AWS，然后再執(zhí)行其他操作。

接下來，修改OTA演示非常簡單。打開aws_demo_runner.c模塊，找到位于模塊末尾的DEMO_RUNNER_RunDemos函數(shù)。應對vStartMQTTEchoDemo調(diào)用添加注釋，而vStartOTAUpdateDemoTask調(diào)用則取消注釋。然后進行快速編譯以構(gòu)建項目，在引導程序功能啟用的情況下，項目便可執(zhí)行。

圖7：將OTA演示任務添加到aws_demos應用中。

配置AmazonWebServices以實現(xiàn)OTA

對嵌入式軟件開發(fā)人員而言，要運行OTA示例，進行到這一步驟時將涉及到云端。為了成功運行OTA示例，開發(fā)人員需要根據(jù)OTA先決條件指南配置AWS。這要求開發(fā)人員：

創(chuàng)建AmazonS3存儲桶

授予AWS帳戶OTA升級權(quán)限

創(chuàng)建OTA服務角色

創(chuàng)建OTA用戶策略

授予訪問代碼簽名服務的權(quán)限

完成這些操作后，依照最終的用戶指南說明運行OTAa:FreeRTOS示例。

AmazonFreeRTOS的OTA特性使用技巧與訣竅

使用a:FreeRTOS中包含的引導程序功能時，為盡量減少潛在問題，開發(fā)人員可以采用以下幾點技巧和訣竅。其中包括：

閱讀“使用AmazonFreeRTOS連接到云”以獲取關(guān)于如何使用FreeRTOS的一般技巧和信息。

通讀AmazonOTA說明文檔（詳見此處）。

在開發(fā)過程中，購買六片開發(fā)板并將它們分成三組，每組兩片。這樣便可試驗現(xiàn)場升級設備和組可采用的不同方法。

首先將固件升級部署到較小的設備組，以確保固件升級沒有問題，然后才升級整個設備集群。

利用AWSAmazonCertificateManager創(chuàng)建證書并給固件簽名。可以使用第三方認證機構(gòu)，但如果全部在AWS內(nèi)完成，該過程會比較簡單。

考慮將PIC32MZEFCuriosity板用于OTA實驗，因為它是第二款支持OTA測試版演示的a:FreeRTOS開發(fā)套件。

總結(jié)

AmazonFreeRTOS生態(tài)系統(tǒng)為開發(fā)人員提供了一個現(xiàn)場升級固件的范例。對于可能有不同需求或系統(tǒng)配置的開發(fā)人員，此范例可以輕松擴展。利用現(xiàn)有引導程序可為開發(fā)人員節(jié)省大量開發(fā)時間，以便其專注于產(chǎn)品差異化和價值主張。

如本文所述，AmazonFreeRTOS的確可提供空中升級解決方案，該方案目前用于TexasInstrumentsCC3220，而未來無疑將可用于其他AmazonFreeRTOS產(chǎn)品。