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ota升级方案修改

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huang
2025-12-02 13:02:27 +08:00
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213
design/ota-upgrade-and-log-monitoring/ota_upgrade_solution.md
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@@ -39,7 +39,7 @@
* 在设备上的目标路径 (`path`)
* MD5 校验和 (`md5`)
* 文件大小 (`size`)
* **排除配置文件**: 平台会识别配置文件（例如通过文件名约定），并**排除**这些文件，不将其包含在清单文件中，也不通过 OTA 传输。
* **排除配置文件**: 平台会识别配置文件（例如通过文件名约定，如 `/config/` 目录下的所有文件），并**排除**这些文件，不将其包含在清单文件中，也不通过 OTA 传输。
4. **生成清单文件**: 平台根据上述信息，生成一个 JSON 格式的清单文件。
5. **数字签名 (未来扩展)**: 平台使用其私钥对**清单文件**的内容进行数字签名，并将签名添加到清单文件中。此步骤目前可跳过，但为未来安全性预留。
@@ -86,6 +86,7 @@
message PrepareUpdateReq {
string version = 1; // 新固件版本号
string task_id = 2; // 升级任务唯一ID
string manifest_md5 = 3; // 清单文件的 MD5 校验和，用于设备初步校验清单文件完整性
}
// RequestFile: 设备向平台请求特定文件 (包括清单文件和固件文件)
@@ -103,7 +104,6 @@ message FileResponse {
string filename = 2; // 文件名 (例如 "manifest.json" 或 "main.py")
string filepath = 3; // 设备上的目标路径 (例如 "/manifest.json" 或 "/main.py")
bytes content = 4; // 文件的完整内容
// MD5 字段已从此处移除，设备将根据清单文件中的 MD5 进行统一校验
}
// UpdateStatusReport: 设备向平台报告升级状态
@@ -114,12 +114,12 @@ message UpdateStatusReport {
enum Status {
UNKNOWN = 0;
SUCCESS = 1; // 升级成功，新固件已运行
FAILED_PREPARE = 2; // 准备阶段失败 (如清空分区失败)
FAILED_PREPARE = 2; // 准备阶段失败 (如清空分区失败，或文件系统错误)
FAILED_FILE_REQUEST = 3; // 文件请求失败 (如平台未找到文件)
FAILED_FILE_RECEIVE = 4; // 文件接收失败 (如LoRa传输层错误)
FAILED_FILE_RECEIVE = 4; // 文件接收失败 (如LoRa传输层错误，或文件写入失败)
FAILED_FILE_VERIFY = 5; // 文件MD5校验失败 (单个文件校验失败)
FAILED_MANIFEST_VERIFY = 6; // 清单文件验证失败 (如签名或格式错误)
FAILED_ACTIVATE = 7; // 激活失败 (如设置启动分区失败)
FAILED_MANIFEST_VERIFY = 6; // 清单文件验证失败 (如MD5不匹配，或格式错误)
FAILED_ACTIVATE = 7; // 激活失败 (如设置启动分区失败，或新固件自检失败)
ROLLED_BACK = 8; // 新固件启动失败，已回滚到旧版本
IN_PROGRESS = 9; // 升级进行中 (可用于报告阶段性进度)
}
@@ -136,7 +136,7 @@ message UpdateStatusReport {
1. 接收开发者提供的 MicroPython 项目压缩包。
2. 解压压缩包。
3. 遍历解压后的文件，计算每个文件的 MD5、大小，并确定目标路径。
4. **排除配置文件**: 平台会识别配置文件（例如通过文件名约定），并**排除**这些文件，不将其包含在清单文件中，也不通过 OTA 传输。
4. **排除配置文件**: 平台会识别配置文件（例如通过文件名约定，如 `/config/` 目录下的所有文件），并**排除**这些文件，不将其包含在清单文件中，也不通过 OTA 传输。
5. 生成清单文件 (Manifest File)。**注意：清单文件本身也应作为 OTA 的一部分，其元数据（文件名、路径、MD5、大小）应包含在清单文件自身的 `files` 列表中。Manifest文件生成后将被放在解压后的文件夹的根目录下, 方便后续主控设备获取**
6. （未来扩展）对清单文件进行数字签名。
7. 将清单文件和所有固件文件存储在平台内部，等待分发。
@@ -144,23 +144,26 @@ message UpdateStatusReport {
### 4.2. 发送“准备更新”指令
1. 平台向目标区域主控发送 `PrepareUpdateReq` 消息。
2. 此消息通知设备即将进行 OTA 升级，并要求设备清空其非活动 OTA 分区。主控收到此指令并开始索要文件即表示准备完毕开始更新，平台记录此状态即可。
3. 更新任务记录: 平台根据设备开始索要清单文件的动作，更新 OTA 任务记录的状态。
1. 平台向目标区域主控发送 `PrepareUpdateReq` 消息，其中包含清单文件的 MD5 校验和。
2. 此消息通知设备即将进行 OTA 升级，并要求设备清空其非活动 OTA 分区。
3. **确认指令送达**: 平台发送 `PrepareUpdateReq` 后，启动一个定时器。如果在预设的超时时间内（例如 30 秒）未收到设备请求清单文件的 `RequestFile` 消息，平台可以重试发送 `PrepareUpdateReq`，重试次数可配置。
4. **更新任务记录**: 平台根据设备开始索要清单文件的动作，更新 OTA 任务记录的状态为“进行中”。
### 4.3. 响应设备文件请求 (统一处理清单文件和固件文件)
1. 平台接收区域主控发送的 `RequestFile` 消息。
2. 平台根据 `task_id`、`filename` 和 `filepath` 在内部存储中找到对应的文件内容。
3. 平台构建 `FileResponse` 消息，将文件的完整内容、文件名和路径放入其中。
4. 平台通过 LoRa 传输层发送 `FileResponse` 消息。设备自己发现接收失败或超时会自行重发请求，多次失败设备会直接上报 `UpdateStatusReport` 结束更新。如果需要控制重试次数，可在平台发送的准备更新消息中带上重试次数。
4. 平台通过 LoRa 传输层发送 `FileResponse` 消息。设备自己发现接收失败或超时会自行重发请求，多次失败设备会直接上报 `UpdateStatusReport` 结束更新。
5. 更新任务记录: 平台根据设备请求文件的动作，更新 OTA 任务记录中该文件的传输状态。
### 4.4. 处理设备状态上报
1. 平台接收区域主控发送的 `UpdateStatusReport` 消息。
2. 根据报告的状态，更新设备在平台上的固件版本和 OTA 任务记录的最终状态。
3. 如果报告失败或回滚，平台应记录错误信息，并可能触发告警或人工干预。
2. **总超时管理**: 平台为每个 OTA 任务设置一个总的超时时间（例如 2 小时）。如果在总超时时间内未能收到设备的最终状态报告（`SUCCESS`、`FAILED_XXX` 或 `ROLLED_BACK`），平台应自动将该任务标记为 `FAILED_TIMEOUT`。
3. 根据报告的状态，更新设备在平台上的固件版本和 OTA 任务记录的最终状态。
4. 如果报告失败或回滚，平台应记录错误信息，并可能触发告警或人工干预。
5. **处理重复报告**: 平台在收到设备的最终状态报告后，即使后续再次收到相同的最终状态报告，也只需更新一次任务记录，无需重复处理。
## 5. 区域主控侧操作流程 (MicroPython)
@@ -168,22 +171,26 @@ message UpdateStatusReport {
1. 区域主控接收 `PrepareUpdateReq` 消息。
2. 清空非活动分区: 使用 MicroPython 的文件系统操作（例如 `os.remove()` 和 `os.rmdir()`），递归删除非活动 OTA 分区（例如 `/ota_b`）下的所有文件和目录，为新固件腾出空间。
* **错误处理**: 在清空分区过程中，如果遇到文件系统错误（例如文件被占用、目录无法删除），设备应立即中止准备，并向平台发送 `UpdateStatusReport`，状态为 `FAILED_PREPARE`，并在 `error_message` 中包含详细的错误信息。
3. 设备准备就绪后，将直接开始请求清单文件，平台将通过设备请求清单文件的动作来判断设备已准备就绪。
### 5.2. 请求并验证清单文件
1. 设备完成准备后，向平台发送 `RequestFile` 消息，请求清单文件（例如 `filename: "manifest.json", filepath: "/manifest.json"`）。
* **请求超时与重试**: 设备发送 `RequestFile` 后，启动一个定时器。如果在预设的超时时间内（例如 30 秒）没有收到 `FileResponse`，则认为传输失败，并进行重试。设备应为清单文件请求设置最大重试次数（例如 5 次）。如果达到最大重试次数仍未成功，则上报 `FAILED_FILE_RECEIVE` 并中止 OTA 任务。
2. 区域主控接收平台响应的 `FileResponse` 消息。
3. **写入非活动分区**: 将清单文件内容写入非活动分区（例如 `/ota_b/manifest.json`）。
4. **MD5 校验**: 计算接收到的清单文件的 MD5，并与预期的 MD5（如果设备有预置的清单文件 MD5 或通过其他安全方式获取）进行比对。**注意：由于清单文件本身也是通过 `RequestFile` 获取，其 MD5 校验的来源需要明确。最简单的方式是设备硬编码一个已知安全的清单文件 MD5，或者依赖数字签名。**
* **错误处理**: 如果文件写入失败，设备应立即中止升级，并向平台发送 `UpdateStatusReport`，状态为 `FAILED_FILE_RECEIVE`，并在 `error_message` 中包含详细的错误信息。
4. **MD5 校验**: 计算写入非活动分区的清单文件的 MD5，并与 `PrepareUpdateReq` 消息中提供的 `manifest_md5` 进行比对。
5. **解析 JSON**: 解析清单文件内容，将其转换为 MicroPython 字典对象。
6. **数字签名验证 (未来扩展)**: 使用预置在设备中的平台公钥，验证清单文件的数字签名。如果签名验证失败，立即中止升级并报告错误。
7. 向平台发送 `UpdateStatusReport` 报告清单文件接收和验证结果。如果校验失败，设备应再次请求清单文件（并设置重试次数）。
7. 如果上述任何校验或解析失败，设备应向平台发送 `UpdateStatusReport` 报告 `FAILED_MANIFEST_VERIFY`，并在 `error_message` 中说明原因，然后中止升级。
### 5.3. 请求与存储固件文件 (逐文件校验)
1. 设备成功接收并验证清单文件后，根据清单文件中的文件列表，**逐个文件**地向平台发送 `RequestFile` 消息。
2. 对于每个请求的文件：
* **请求超时与重试**: 设备发送 `RequestFile` 后，启动一个定时器。如果在预设的超时时间内（例如 30 秒）没有收到 `FileResponse`，则认为传输失败，并进行重试。设备应为每个文件的请求设置最大重试次数（例如 5 次）。如果达到最大重试次数仍未成功，则上报 `FAILED_FILE_RECEIVE` 并中止当前文件下载，进而中止整个 OTA 任务。
* 设备接收平台响应的 `FileResponse` 消息。
* **写入非活动分区**: 根据 `filepath` 字段，将 `content` 写入到 ESP32 的非活动 OTA 分区。需要确保目标目录存在，如果不存在则创建。
* 示例 (伪代码):
@@ -193,13 +200,14 @@ message UpdateStatusReport {
target_path = "/ota_b" + file_response.filepath
target_dir = os.path.dirname(target_path)
if not os.path.exists(target_dir):
os.makedirs(target_dir)
os.makedirs(target_dir) # 错误处理：如果创建目录失败，应上报 FAILED_FILE_RECEIVE
with open(target_path, "wb") as f:
f.write(file_response.content)
f.write(file_response.content) # 错误处理：如果写入失败，应上报 FAILED_FILE_RECEIVE
```
* **错误处理**: 如果文件写入失败，设备应立即中止升级，并向平台发送 `UpdateStatusReport`，状态为 `FAILED_FILE_RECEIVE`，并在 `error_message` 中包含详细的错误信息。
* **MD5 校验**: 在文件写入完成后，计算该文件的 MD5 校验和。将计算出的 MD5 与清单文件中记录的 MD5 进行比对。
* MicroPython 的 `hashlib` 模块通常提供 MD5 算法。
* 如果校验失败或接收超时，设备应再次发送 `RequestFile` 消息请求该文件（并设置重试次数，例如连续三次失败则报告 `FAILED_FILE_VERIFY` 并中止升级）。平台不需等待每个文件的接收和校验状态报告。
* 如果 MD5 校验失败，设备应再次发送 `RequestFile` 消息请求该文件（并设置重试次数，例如连续三次失败则报告 `FAILED_FILE_VERIFY` 并中止升级）。平台不需等待每个文件的接收和校验状态报告。
### 5.4. 自激活与重启
@@ -210,16 +218,17 @@ message UpdateStatusReport {
### 5.5. 新版本启动与验证
1. 设备重启后，启动加载器会从新的 OTA 分区加载 MicroPython 固件。
2. **自检**: 新固件启动后，应执行必要的自检和健康检查，确保核心功能正常。
3. **标记有效**: 新固件在成功启动并完成自检后，必须调用相应的 MicroPython API（例如 `esp.ota_mark_app_valid_cancel_rollback()`）来标记自身为有效，以防止自动回滚。
2. **自检**: 新固件启动后，应执行必要的自检和健康检查，确保核心功能正常。这包括但不限于：LoRa 模块初始化、关键传感器读取、网络连接测试、核心业务逻辑初始化等。
3. **标记有效**: 只有当所有自检项都成功通过后，新固件才必须调用相应的 MicroPython API（例如 `esp.ota_mark_app_valid_cancel_rollback()`）来标记自身为有效，以防止自动回滚。
4. **版本上报**: 向平台发送 `UpdateStatusReport` 报告当前运行的版本号和升级成功状态。
5. **看门狗与回滚**:
* ESP-IDF 的 OTA 机制通常包含一个“启动计数器”或“验证机制”。如果新固件在一定次数的尝试后仍未标记自身为有效，启动加载器会自动回滚到上一个有效固件。
* 在 MicroPython 应用层，如果自检失败，不标记有效，以触发回滚。
* 在 MicroPython 应用层，如果自检失败，**绝不能**标记自身为有效。设备应等待看门狗超时或系统自动重启，让 ESP-IDF 的底层 OTA 机制自动触发回滚到上一个有效固件。
### 5.6. 报告最终状态
1. 无论是成功升级到新版本还是回滚到旧版本，区域主控都应向平台发送 `UpdateStatusReport` 报告最终的升级状态。
2. **重复发送最终状态**: 为了提高在单向 LoRa 通信中平台接收到最终状态报告的可靠性，设备在发送最终的 `UpdateStatusReport` (无论是 `SUCCESS`、`FAILED_XXX` 还是 `ROLLED_BACK`) 时，应在短时间内（例如，间隔几秒）**重复发送该报告多次**（例如 3-5 次）。
## 6. 关键技术点与注意事项
@@ -228,33 +237,175 @@ message UpdateStatusReport {
* 确保 `internal/infra/transport/lora/lora_mesh_uart_passthrough_transport.go` 实现的 LoRa 传输层能够稳定、可靠地处理大尺寸 Protobuf 消息的分片和重组。
* 注意 LoRa 传输的速率和可靠性，合理设置超时和重试机制。
### 6.2. 文件系统操作 (MicroPython)
### 6.2. 平台侧的请求处理
* `internal/app/listener/lora_listener.go` 模块在接收到设备发来的 `RequestFile` 消息时，需要高效地处理。这可能涉及到快速查询数据库以获取文件内容，或者通过回调机制将请求转发给 OTA 任务管理器进行处理，以避免阻塞 LoRa 监听器并确保及时响应设备请求。
### 6.3. 文件系统操作 (MicroPython)
* MicroPython 在 ESP32 上通常使用 LittleFS 或 FATFS。确保文件系统操作（创建目录、写入文件、删除文件）的正确性和鲁棒性。
* 清空非活动分区时，需要递归删除文件和目录。
* 注意文件系统空间管理，确保非活动分区有足够的空间接收新固件。
* 清空非活动分区时，需要递归删除文件和目录，并对可能出现的错误进行捕获和报告。
* 在创建目录和写入文件时，也应进行错误捕获，并在失败时上报详细错误信息。
### 6.3. MD5 校验 (MicroPython)
### 6.4. MD5 校验 (MicroPython)
* MicroPython 的 `hashlib` 模块通常提供 MD5 算法。确保在设备上计算 MD5 的效率和准确性。
* 设备将依赖 `PrepareUpdateReq` 中的 `manifest_md5` 对清单文件进行校验，并依赖清单文件中记录的 MD5 对所有固件文件进行校验。
### 6.4. OTA 分区管理 (MicroPython)
### 6.5. OTA 分区管理 (MicroPython)
* 熟悉 ESP-IDF 的 OTA 机制在 MicroPython 中的绑定和使用方法。
* 正确调用 API 来设置下一个启动分区和标记当前应用为有效。
* 确保在自检失败时，**不**调用标记有效的 API，以触发回滚机制。
### 6.5. 回滚机制
### 6.6. 回滚机制
* 依赖 ESP-IDF 提供的 OTA 回滚机制。新固件必须在启动后标记自身为有效，否则在多次重启后会自动回滚。
* 在 MicroPython 应用层，如果自检失败，不标记有效，以触发回滚。
### 6.6. 错误处理与重试
### 6.7. 错误处理与重试
* 在平台和设备两侧，都需要实现完善的错误处理逻辑。
* 设备在请求文件时应包含重试次数，平台可以根据重试次数决定是否继续响应。
* 设备应能向平台准确报告错误类型和原因。
* 设备应能向平台准确报告错误类型和原因，包括文件系统操作失败、MD5 校验失败等。
* 平台应具备对 OTA 任务的总超时管理能力。
### 6.7. 安全性 (未来扩展)
### 6.8. 安全性 (未来扩展)
* **数字签名**: 尽管目前暂时忽略密钥管理，但强烈建议在未来实现清单文件的数字签名。这将有效防止恶意固件注入和篡改。平台使用私钥签名，设备使用硬编码的公钥验证。
* **LoRaWAN 安全**: 确保 LoRaWAN 的网络层和应用层密钥管理得当，防止未经授权的设备加入网络或窃听数据。
* **LoRaWAN 安全**: 确保 LoRaWAN 的网络层和应用层密钥管理得当, 防止未经授权的设备加入网络或窃听数据。
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## 7. OTA 升级流程时序图
```mermaid
sequenceDiagram
participant User as 开发者
participant Platform as 平台
participant Device as 区域主控
User->>Platform: 上传固件包 (.zip)
activate Platform
Platform->>Platform: 解压固件包，分析文件，排除配置文件
Platform->>Platform: 计算文件MD5，生成清单文件 (manifest.json)
Platform->>Platform: 存储固件文件和清单文件
Platform->>Platform: 记录OTA升级任务 (状态: 待开始)
deactivate Platform
Platform->>Device: PrepareUpdateReq (version, task_id, manifest_md5)
activate Platform
Platform->>Platform: 启动定时器 (等待设备请求清单文件)
activate Device
Device->>Device: 接收 PrepareUpdateReq
Device->>Device: 清空非活动OTA分区 (如 /ota_b)
alt 清空分区失败
Device->>Platform: UpdateStatusReport (FAILED_PREPARE, error_message) (重复发送多次)
deactivate Device
Platform->>Platform: 更新任务状态为 FAILED_PREPARE
deactivate Platform
break
end
Device->>Platform: RequestFile (task_id, filename: "manifest.json", filepath: "/manifest.json", retry_count: 0)
deactivate Device
activate Platform
Platform->>Platform: 收到 RequestFile，更新任务状态 (状态: 进行中)
Platform->>Platform: 查找 manifest.json 内容
Platform->>Device: FileResponse (task_id, filename: "manifest.json", filepath: "/manifest.json", content)
deactivate Platform
activate Device
Device->>Device: 接收 FileResponse (manifest.json)
Device->>Device: 将内容写入非活动分区 (/ota_b/manifest.json)
alt 写入失败
Device->>Platform: UpdateStatusReport (FAILED_FILE_RECEIVE, error_message) (重复发送多次)
deactivate Device
Platform->>Platform: 更新任务状态为 FAILED_FILE_RECEIVE
deactivate Platform
break
end
Device->>Device: 计算写入文件的MD5
Device->>Device: 比对 MD5 (与 PrepareUpdateReq.manifest_md5)
alt MD5不匹配 或 JSON解析失败
Device->>Platform: UpdateStatusReport (FAILED_MANIFEST_VERIFY, error_message) (重复发送多次)
deactivate Device
Platform->>Platform: 更新任务状态为 FAILED_MANIFEST_VERIFY
deactivate Platform
break
end
Device->>Device: 解析 manifest.json，获取文件列表
deactivate Device
loop For each file in manifest
activate Device
Device->>Platform: RequestFile (task_id, filename: "file_X.py", filepath: "/path/to/file_X.py", retry_count)
Device->>Device: 启动定时器 (等待 FileResponse)
deactivate Device
activate Platform
Platform->>Platform: 收到 RequestFile，更新文件传输状态
Platform->>Platform: 查找 file_X.py 内容
Platform->>Device: FileResponse (task_id, filename: "file_X.py", filepath: "/path/to/file_X.py", content)
deactivate Platform
activate Device
Device->>Device: 接收 FileResponse (file_X.py)
Device->>Device: 确保目标目录存在，将内容写入非活动分区 (/ota_b/path/to/file_X.py)
alt 写入失败
Device->>Platform: UpdateStatusReport (FAILED_FILE_RECEIVE, error_message) (重复发送多次)
deactivate Device
Platform->>Platform: 更新任务状态为 FAILED_FILE_RECEIVE
deactivate Platform
break loop
end
Device->>Device: 计算写入文件的MD5
Device->>Device: 比对 MD5 (与 manifest.files[X].md5)
alt MD5不匹配 或 超时未收到 FileResponse (达到最大重试次数)
Device->>Device: 增加 retry_count
alt 达到最大重试次数
Device->>Platform: UpdateStatusReport (FAILED_FILE_VERIFY/FAILED_FILE_RECEIVE, error_message) (重复发送多次)
deactivate Device
Platform->>Platform: 更新任务状态为 FAILED_FILE_VERIFY/FAILED_FILE_RECEIVE
deactivate Platform
break loop
else
Device->>Platform: RequestFile (重试请求该文件)
end
end
deactivate Device
end
activate Device
Device->>Device: 所有文件下载并校验成功
Device->>Device: 配置OTA分区为新固件分区
Device->>Device: 自触发重启
deactivate Device
Device-->>Device: (设备重启，加载新固件)
activate Device
Device->>Device: 新固件启动，执行自检
alt 自检成功
Device->>Device: 标记自身为有效 (esp.ota_mark_app_valid_cancel_rollback())
Device->>Platform: UpdateStatusReport (SUCCESS, current_version) (重复发送多次)
deactivate Device
activate Platform
Platform->>Platform: 更新任务状态为 SUCCESS
Platform->>Platform: 更新设备固件版本
deactivate Platform
else 自检失败
Device->>Device: 不标记自身为有效
Device->>Platform: UpdateStatusReport (FAILED_ACTIVATE, error_message) (重复发送多次)
Device-->>Device: (等待看门狗超时或系统自动回滚)
Device-->>Device: (回滚到旧固件)
Device->>Platform: UpdateStatusReport (ROLLED_BACK, current_version: 旧版本) (重复发送多次)
deactivate Device
activate Platform
Platform->>Platform: 更新任务状态为 ROLLED_BACK
Platform->>Platform: 更新设备固件版本为旧版本
deactivate Platform
end
Platform->>Platform: 总超时检查 (如果长时间未收到最终状态，则标记为 FAILED_TIMEOUT)
```