更小更快更省流量的差分升級

一   差分包原理

在講差分升級之前，先簡(jiǎn)單介紹一下差分升級的原理和概念，差分升級是將新老固件具有差異的部分剝離出來(lái)，例如固件從V1.1.0升級到V1.1.1，兩個(gè)固件相比只修改了1K的內容，如下圖紅色部分為不同部分，將該部分剝離出來(lái)生成差分包Diff_V1.1.0~V1.11，通過(guò)云端將差分包推送到設備端，設備端接收完成之后，先解壓差分包，再通過(guò)差分恢復算法，根據差分包中的數據標志，將新老固件進(jìn)行融合，變成新的固件，從而完成升級。

圖 1  差分原理

這種升級方式的優(yōu)點(diǎn)是升級固件更小、下載速度也更快，也更加節省內存空間，相對于整包升級方式，缺點(diǎn)是依賴(lài)特定固件，例如該差分包為V1.1.0固件升級到V1.1.1固件的差分包Diff_V1.1.0~V1.1.1，該差分包只能用于升級版本號是V1.1.0固件的設備，其他版本號固件的設備不能用它升級，流程控制上要求比較嚴格，整包的升級則不依賴(lài)特殊固件，隨時(shí)可以升級。

圖2  差分升級

二   差分升級架構

立功科技基于A(yíng)Metal SDK軟件平臺，設計了一套完整的差分升級的算法。以基于華大HC32L196芯片設計差分升級為例，該芯片Flash為256K（0x000_0000~0x0003_FFFF），首先需要對Flash進(jìn)行劃分，主要劃分為4個(gè)部分：BootLoader區、應用區、download區、參數區，BootLoader區用于引導升級，應用區為升級后的應用程序，download區為下載差分包存儲區間，參數區用于存儲特定參數。各區大小按照實(shí)際使用情況，進(jìn)行合理劃分。

圖3  flash劃分

三   差分升級流程

首先介紹BootLoader執行的流程，如下圖所示，芯片上電或復位之后，首先開(kāi)始運行BootLoader的代碼，之后檢測按鍵，按鍵作為升級的提示，如按鍵按下，準備升級，進(jìn)入接收固件狀態(tài)，如接收到固件，對固件進(jìn)行校驗，校驗通過(guò)后，置位跳轉標志位，如校驗未通過(guò)，重新進(jìn)入接收固件狀態(tài)。檢測到跳轉標志位之后，檢查應用程序是否有效，有效進(jìn)入應用程序運行，無(wú)效進(jìn)入接收固件狀態(tài)。如果沒(méi)有按鍵按下，檢查是否有升級標志，有則解析download區的新固件，通過(guò)解壓縮算法和解差分算法，修改覆蓋舊固件，設置跳轉標志，檢查應用程序是否有效，有效則運行應用程序。

圖4  升級流程

相信到這不少讀者已經(jīng)清楚升級的原理和升級的過(guò)程是怎么回事了，下面介紹一下差分固件的生成。

四   差分包制作

如開(kāi)篇所述，差分文件是將新老固件進(jìn)行對比，然后將有差異的部分取出，作為升級的固件。那么如何才能達到最小的差分固件呢？首先我們需要了解用于升級的MCU的Flash的最小擦除單位是多少，是512字節、1K、2K還是4K？這個(gè)與芯片相關(guān)，理論上劃分得越細，最后的生成文件也就會(huì )越小。

以HC32L196芯片為例，設置最小的分塊單位為1K，將新老兩份固件都按1K去劃分，劃分多少塊按兩份固件中最大的一個(gè)決定，不足的那個(gè)后面補0，例如新的固件35.3K，老固件34K，那么最終按新固件大小劃分，即按1K劃分，將兩份固件劃分為36塊，劃分之后，兩個(gè)固件對應序號的塊分別進(jìn)行比較，將新固件不同于老固件的塊進(jìn)行標記和壓縮，最后將所有不同的塊壓縮為一個(gè)包，即差分升級包，到此差分升級包制作完成。AMetal SDK中提供了一個(gè)專(zhuān)門(mén)用于制作差分包的上位機工具，借助該工具可簡(jiǎn)單完成差分文件的制作。

圖 5  差分固件格式