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，例如固件從V1.1.0升級到V1.1.1，兩個固件相比只修改了1K的內容，如下圖紅色部分為不同部分，將該部分剝離出來生成差分包Diff_V1.1.0~V1.11，通過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，再通過差分恢復算法，根據差分包中的數據標志，將新老固件進行融合，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)點是升級固件更小、下載速度也更快，也更加節(jié)省內存空間，相對于整包升級方式，缺點是依賴特定固件，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特殊固件，隨時可以升級。

圖2  差分升級

二   差分升級架構

立功科技基于AMetal 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進行劃分，主要劃分為4個部分：BootLoader區(qū)、應用區(qū)、download區(qū)、參數區(qū)，BootLoader區(qū)用于引導升級，應用區(qū)為升級后的應用程序，download區(qū)為下載差分包存儲區(qū)間，參數區(qū)用于存儲特定參數。各區(qū)大小按照實際使用情況，進行合理劃分。

圖3  flash劃分

三   差分升級流程

首先介紹BootLoader執(zhí)行的流程，如下圖所示，芯片上電或復位之后，首先開始運行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，進入接收固件狀態(tài)，如接收到固件，對固件進行校驗，校驗通過后，置位跳轉標志位，如校驗未通過，重新進入接收固件狀態(tài)。檢測到跳轉標志位之后，檢查應用程序是否有效，有效進入應用程序運行，無效進入接收固件狀態(tài)。如果沒有按鍵按下，檢查是否有升級標志，有則解析download區(qū)的新固件，通過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清楚升級的原理和升級的過程是怎么回事了，下面介紹一下差分固件的生成。

四   差分包制作

如開篇所述，差分文件是將新老固件進行對比，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(jié)、1K、2K還是4K？這個與芯片相關，理論上劃分得越細，最后的生成文件也就會越小。

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決定，不足的那個后面補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，兩個固件對應序號的塊分別進行比較，將新固件不同于老固件的塊進行標記和壓縮，最后將所有不同的塊壓縮為一個包，即差分升級包，到此差分升級包制作完成。AMetal SDK中提供了一個專門用于制作差分包的上位機工具，借助該工具可簡單完成差分文件的制作。

圖 5  差分固件格式