時間:2018-08-02 11:46:11來源:網(wǎng)絡轉(zhuǎn)載
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。
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