参加STM32 FOTA功能问卷调查，奖品送不停！

STMCU

问卷时间：2019年6月19日-28日

奖品：问卷结束后，从所有用户中抽取10位用户，赠送STM32双肩包。根据反馈的问卷内容，额外选取10位用户赠送STM32 NUCLEO-L496ZG开发板

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今年上半年ST联合阿里云IoT共同推出了“物联网全栈开发”的IoT课程。讲述了如何使用STM32节点连接到阿里云IoT，并把汇聚的节点数据在用户服务器上做前、后端开发。目前，课程的全部讲义，包括节点端项目工程，服务器端项目工程，都已经上传到STMCU中文网站，供大家免费下载学习。课程开发工程师录制的视频讲解，也已经在AI电堂全部上线。当前1.0版本课程，主要向大家展示了IoT应用中数据流全栈开发的过程，这对于传统嵌入式工程师，和传统web开发工程师，都很有借鉴意义。

课程2.0版本，我们将回归到节点端，侧重以STM32为核心的功能扩展。1.0版本中，节点端实现的主要功能就是传感器数据的定时上报，以及对来自云端的下发指令进行接收和本地执行。这样一个以MQTT协议所承载的小体量数据双向通信，是当前iot应用最常见的使用场景。但是，随着节点设备大规模部署，设备的FOTA功能，越来越是一个成熟iot产品不可或缺的部分。FOTA（固件空中升级）可以缩短节点设备的上市部署时间。因为节点的新功能添加，已有功能的补丁安装，都可以通过FOTA来实现。这也从某个角度加强了IoT设备的安全性。

FOTA简单来说，无非就是通过无线传输，接收到新版本固件，然后更新STM32上自己的老版本固件。基于本系列课程的背景，我们仍然采用阿里IoT平台来实现设备的远程固件空中升级。课程采用的硬件，以Nucleo-L4R5ZI为核心、外扩sensor功能板，目前支持wifi连接；NB-IoT的窄带连接方式不久也会加入到课程体系中。

先说wifi连接方式下的FOTA。Wifi连接可提供较高的传输带宽，并且以wifi为连接方式的应用场景里，供电不是大问题，对低功耗并不敏感。基于这样的连接方式，使用全片升级是比较直接的方式。

想象一下：正常情况下，节点设备运行应用程序。某个时候收到“有新固件可推送”的通知（比如MQTT消息推送），下面需要做的是下载新版本固件。应用程序根据当前运行状况，在它觉得合适的时候，去开始下载任务。这里碰到第一个问题：下载功能，是作为应用程序的一部分，还是单独在bootloader里实现？

- 【A.1】在应用程序中实现：应用程序在合适的时候，启动对应功能（比如从MQTT消息中获得固件URL地址，开启HTTP get流程）
好处是：接收新版本固件这个小功能，本身可以升级
局限是：STM32的RAM会被下载功能和应用程序本身的功能，共用

- 【A.2】在bootloader中实现：应用程序在合适的时候，通过软件复位来运行bootloader
好处是：接收新固件时，不会运行应用程序。此时STM32的RAM可供bootloader自己完全使用。
局限是：bootloader本身得不到升级，需要考虑通信协议的成熟固定，安全性方面要能接受
- RAM是新版本固件，无论从本地usb/can，还是通过uart/spi接收无线模块传过来，到烧到STM32片上flash，两个步骤中间的缓冲区域。如果做差分升级，解差分算法本身也会消耗RAM资源。

紧接着，第二个问题：下载的新版本固件（通过RAM中转后）直接更新，还是先放起来？

- 【B.1】先放起来：这是一种典型的冗余升级，或者也可以叫“乒乓升级”
好处是：节点端有两个地方存储着可运行的应用固件（不同版本）。即使接收新固件的过程被意外打断，始终有一个区域里面包含的是可运行的固件代码，即使不是最新版本的。就算当前什么原因，断网或者通信接口受到干扰，本地设备总还是有可以运行的应用固件
局限是：方案成本相应增加

那么第三个问题：先放起来的话，放在哪里？

- 【C.1】放在STM32的片外flash： STM32目前不支持从片外flash执行代码，必须有一个额外的步骤来把片外flash中的内容烧写到片内flash中（所谓新版本固件的）

• 好处是：增加同样的存储容量，外扩flash的成本更低
• 局限是：从片外flash读取新版本固件烧写片上flash过程中的安全问题
  

  【C.2】放在STM32片上flash上：

• 好处是：安全性相比【C.1】高一些
• 局限是：成本相比【C.1】也高一些
  

- 【B.2】收到后直接更新：这里的直接更新，实际暗含的意思是节点端只有一份存放应用程序的地方，所谓“原位升级”。那么这个“下载”和“更新”的功能，一定是由bootloader来运行

不同的分支，会有不同的实现方案。从使用者的角度来说，几种实现方式的优势和局限，大略分析如下。

基于本次课程所采用的硬件（Nucleo-L4R5ZI、wifi扩展板、sensor扩展板），没有板上搭载STM32片外flash，因此case A和case D先不考虑。

【题目一（多选）】大家在自己的应用中，比较倾向于采用以上哪一种，或哪几种？（方案编号参考上图“case #”栏）

【题目二（多选）】本系列课程仍然基于阿里云IoT来做设备的FOTA，您的IoT应用中会使用什么样的云平台做FOTA这样的设备管理

【题目三（多选）】如果您也是使用阿里云IoT平台，节点设备是如何连接的？

【题目四（多选）】您的IoT应用中，在和云平台或者自己的服务器连接过程中，使用TLS/DTLS来建立安全的通道吗？

目前，随着NB-IoT模块的普及，很多IoT应用节点采用了这样的低功耗连接方式。和Wifi连接不同的是，窄带传输和低功耗是此类应用比较关注的地方，并且由于流量会计入资费，做设备FOTA时往往有另外一些考量。

- 设备固件的迭代，大多时候只是部分功能有更新，其他模块并没有变化。这样，只需要传输更新的部分即可，所谓“部分升级”。

- 更多的情况下，更改并不仅限于某几个函数，改动涉及的范围比较大，使用差分算法可以极大压缩需要在空中传输的数据包大小，

所谓“差分”升级。它也在以NB-IoT和LoRa为传输基础的窄带IoT应用中得到了广泛的应用。

差分制作和解差分算法，是差分升级的核心。用户使用差分服务提供商的在线差分包制作工具，生成差分包；通过集成在STM32里的解差分还原能力，把新版本固件恢复出来并安装。STM32和差分升级服务提供商有着密切合作，基于STM32F0、F1、F4、F7，L0、L4等多个系列，都有适配，可以提供参考实现。差分升级服务的收费通常有两种模式：

- 按照连接到升级平台的设备数量收费。比如，部署了2000台设备，需要通过服务商的差分升级平台进行管理。一台设备1块钱，包终生升级

- 更加适合大众市场的方式：按照实际升级次数收费，一台设备升级一次1毛钱

【题目五（多选）】在您的IoT应用中，尤其是窄带传输的应用场景，对升级的方案考虑是怎样的？

【题目六（多选）】您的IoT应用中，节点端是怎样的拓扑结构

【题目七（多选）】在您的IoT应用中，数据的流转路径是怎样的？

设备的固件升级从某种角度可以加强IoT设备的安全性，因为新功能的添加和已有功能的改善都可以通过FOTA来实现，使得设备可以在其生命周期内可以不断迭代，而无需物理设备的召回。但是固件升级本身的安全性（security）如果不能得到保障，后续的一切都是空谈，反而可以被恶意的攻击者利用，作为破坏系统的一个入口。

- 黑客可以替换掉固件。一个来源不可靠的固件安装到节点设备上，轻则不能运行，让设备变砖；重则若它被注入了恶意代码，设备安装该固件后给系统留了后门，后果更是不堪设想。

- 另外，如果固件在传输过程中没有任何防护措施地明文传输，固件可以被所有人获得，也可以被中途拦截而被人为修改。

- 还有一点不容忽视，没有设备固件的安全启动，以上列举到的环节即使都做到了，系统的安全，包括安全固件升级也是空中楼阁。

【题目八（多选）】在您的FOTA应用中，固件升级的“安全性”是如何考虑和应用的

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