SWUpdate: 嵌入式系统的软件升级

概述

本项目被认为有助于从存储媒体或网络更新嵌入式系统。但是，它应该主要作为一个框架来考虑，在这个框架中可以方便地向应用程序添加更多的协议或安装程序(在SWUpdate中称为处理程序)。

一个用例是从外部本地媒体(如USB-Pen或sd卡)进行更新。在这种情况下，更新是在没有操作员干预的情况下完成的:它被认为是“一键更新”，软件在复位时启动，只需按下一个键(或者以任何目标可以识别的方式)，自动进行所有检查。最后，更新过程只向操作员报告状态(成功或失败)。

输出可以使用帧缓冲设备显示在LCD上，也可以定向到串行通讯端口上(Linux控制台)。

它通常用于单拷贝方案中，在initrd中运行(用Yocto提供的配方生成)。但是，通过使用软件集合( collections )，可以在双拷贝方案中使用它。

如果启动了远程更新，SWUpdate将启动嵌入式web服务器并等待请求。操作者必须上传一个合适的映像，然后SWUpdate会进行检查并安装。所有输出都通过AJAX通知的方式通知操作人员的浏览器。

功能

总体概览

• 安装在嵌入式介质上(eMMC、SD、Raw NAND、NOR、SPI-NOR flash)
• 检查镜像是否可用。镜像以指定的格式(cpio)构建，它必须包含一个描述文件，以描述必须更新的软件。
• SWUpdate被认为可以更新设备上的UBI卷(主要用于NAND，但不限于NAND)和镜像。传递整个镜像仍然用于对SD卡上的分区或MTD分区进行更新。
• 新分区模式。这与UBI容量有关。SWUpdate可以重新创建UBI卷，调整它们的大小并复制新软件。一个名为“data”的特殊UBI卷在重新分区时，用于保存和恢复数据，以保持好用户数据。
• 使用zlib库支持压缩镜像。支持tarball (tgz文件)。
• 支持带分区的USB-pen或未分区盘(主要用于Windows)。
• 支持更新文件系统中的单个文件。必须明确描述该文件所在的文件系统位置。
• 支持图像中单个组件的校验和
• 使用结构化语言来描述镜像。 这是使用 libconfig库作为缺省解析器完成的，它使用一种类似json的描述。
• 使用自定义的方式来描述镜像。可以使用Lua语言编写自己的解析器。examples目录中提供了一个使用Lua中的XML描述的示例。
• 支持设置/删除U-Boot变量
• 支持设置/擦除 GRUB环境块变量
• 支持设置/删除 EFI Boot Guard 变量
• 使用嵌入式web服务器的网络安装程序(在Lua许可下的版本中选择了Mongoose服务器)。可以使用不同的web服务器。
• 多种获取软件的接口 : – 本地存储: USB, SD, UART,..
• OTA / 远程 : – 集成的网络服务器
  • 从远程服务器拉取(HTTP, HTTPS， ..)
  • 使用后端。SWUpdate是开放的，可以与后端服务器进行通信，以推出软件更新。当前版本支持Hawkbit服务器，但可以添加其他后端。
• 可以配置为检查软件和硬件之间的兼容性。软件映像必须包含条目，声明这个软件可在什么版本硬件上运行。如果没有通过兼容性验证，SWUpdate将拒绝安装。
• 支持镜像提取。制造商用一个映像包含用于多个设备的软件。这简化了制造商的管理，并降低了单一软件产品的管理成本。SWUpdate以流的形式接收软件，不进行临时存储，并只提取需要安装的设备组件。
• 允许自定义处理器，通过自定义协议安装FPGA固件，微控制器固件。
• 使用“make menuconfig”启用/禁用特性。(Kbuild继承自busybox项目)
• 镜像在安装之前经过身份认证和校验
• 掉电安全

交付单一镜像

主要概念是制造商提供单个大图像。所有单个的镜像都被打包在一起(选择cpio是因为它的简单性和可流式处理)，同时打包的还有另一个文件(sw-description)，该文件包含每个独立镜像的元信息。

sw-description的格式是可定制的:可以将SWUpdate配置为使用其内部解析器(基于libconfig)，或者在调用外部的lua解析器。

可以使用外部解析器，改变对镜像的接受规则，以扩展支持新的镜像类型，指明它们需要如何安装。实际上，解析器就是检索必须安装哪些单个的镜像以及如何安装。

SWUpdate使用“处理程序”来安装单个镜像:有用于将镜像安装到UBI卷或SD卡、CFI闪存等的处理程序。如果需要特殊的安装程序，那么也可以很容易地添加自己的处理程序。

例如，我们可以考虑一个带有主处理器和一个或几个微控制器的项目。为了简单起见，我们假设主处理器使用专用协议通过UARTS与微控制器通信。微控制器上的软件可以使用专用协议进行更新。

可以扩展swuodate，编写一个处理程序，实现专用协议的一部分来对微控制器进行升级。解析器必须识别哪个镜像必须用新的处理程序来安装，随后SWUpdate将在安装过程中调用该处理程序。

流式更新功能

SWUpdate被认为能够将接收到的镜像直接流式更新到目标中，而不需要任何临时副本。实际上，单个安装程序(处理程序)会接收一个文件描述符作为输入，该文件描述符设置在必须安装的图像的开始处。

该特性可以基于镜像进行设置，这意味着用户可以决定镜像的哪些部分应该流式处理。如果没有流式处理(请参见installed-direct标志)，文件将临时提取到环境变量 TMPDIR 指向的目录中，如果没有 设置 TMPDIR，则默认使用 /tmp 。当然，使用流式处理，则不可能在安装之前检查整个交付的软件。临时副本仅在从网络更新时使用。 当映像存储在外部存储上时，不需要该副本。

完全流式更新镜像

在远程更新的情况下，SWUpdate从流中提取相关图像，并将它们复制 到环境变量TMPDIR (如果未设置，则复制到 /tmp )指向的目录中，然后调用处理程序。这确保只有在所有部件都存在且正确时才会启动更新。
但是，在一些资源较少的系统上，用于复制镜像的RAM空间可能不足，例如，如果必须更新附加SD卡上的文件系统的话。在这种情况下，如果图像能由相应的处理程序直接作为流安装，而不需要临时副本的话，则会很有帮助。并非所有处理程序都支持直接流式更新目标。零拷贝流是通过在单个镜像像的描述中设置“installed-directly”标志来启用的。

配置和构建

需求

编译SWUpdate只需要依赖几个库。

• mtd-utils: mtd-utils在内部生成libmtd和libubi。它们通常不导出也不安装，但是SWUpdate将链接它们，以便重用相同的功能来升级MTD和UBI卷。
• openssl: web服务器需要。
• Lua: liblua和开发头文件。
• libz和libcrypto总是需要被链接。
• libconfig: 被默认解析器使用。
• libarchive (可选的)用于存档处理程序。
• libjson (可选的)用于JSON解析器和Hawkbit。
• libubootenv (可选的) 如果启用了对U-Boot的支持则需要。
• libebgenv (可选的) 如果启用了对EFI Boot Guard的支持则需要。
• libcurl 用于网络通讯。

新的处理程序可以向需求列表中添加一些其他的库
-当出现构建错误时，检查是否需要所有的处理程序，然后删除其中不需要的部分。

在Yocto中进行构建

提供了一个 metasswupdate 层.它包含了mtd-utils和生成Lua所需的更改。
使用meta-SWUpdate只需一些简单的步骤。

首先，克隆 meta-swupdate.

git clone https://github.com/sbabic/meta-swupdate.git

像往常一样向 bblayer.conf 添加 meta-swupdate。 你还需要将 meta-oe 添加到list中。

在meta-swupdate中，有一个配方，用于生成带有swupdate的initrd救援系统。
使用：

MACHINE=<your machine> bitbake swupdate-image

你将在 tmp/deploy/<your machine> 目录中找到生成的结果。
如何安装和启动initrd是跟具体目标强相关的 – 请查阅你的引导加载程序的文档。

libubootenv呢 ?

这是构建SWUpdate时常见的问题。SWUpdate依赖于这个库，它是从U-Boot源码生成的。
这个库允许安全地修改U-Boot环境变量。如果不使用U-Boot作为引导加载程序，则不需要它。
如果无法SWUpdate正常链接，则你使用的是旧版本的U-Boot(你至少需要2016.05以上的版本)。
如果是这样，你可以为包u-boot-fw-utils添加自己的配方，以添加这个库的代码。

重要的是，包u-boot-fw-utils是用相同的引导加载程序源码和相同的机器构建的。
事实上，设备可以使用一份直接链接到uboot中的默认环境变量，而不需要保存在存储器上。
SWUpdate应该知道这一点，因为它不能读取这份环境变量:默认的这份环境变量也必须被链接到SWUpdate中。这是在libubootenv内部完成的。

如果构建的时候选择了不同的机器，SWUpdate将在第一次尝试更改环境变量时破坏环境变量。实际上，使用了错误的默认环境后，你的板子将不能再次被引导启动。

配置SWUpdate

SWUpdate可以通过“make menuconfig”配置。使用内部解析器和禁用web服务器可以达到较小的内存占用。每个选项都有描述其用法的小帮助说明。 在默认配置中，许多选项已经被激活。

要配置选项请执行:

make menuconfig

构建

• 要进行交叉编译，请在运行make之前设置CC和CXX变量。 也可以使用make menuconfig将交叉编译器前缀设置为选项。
• 生成代码

make

结果是一个二进制文件“swupdate”。第二个构建的二进制文件是”process”，但这并非严格要求的。这是一个示例，演示如何构建自己的SWUpdate接口来在HMI上显示进度条或任何你想要的东西。具体到这个示例，则是简单地在控制台打印更新的当前状态。

在Yocto构建系统中，:

bitbake swupdate

这将进行包的构建

bitbake swupdate-image

这将构建一个救援镜像。 结果是一个可以由引导加载程序直接加载的Ramdisk。要在双拷贝模式下使用SWUpdate的话，则将包swupdate放到你的rootfs中。检查你的镜像配方文件，并简单地将其添加到安装包的列表中。

例如，如果我们想将它添加到标准的“core-image-full-cmdline”镜像中，我们可以添加一个

recipes-extended/images/core-image-full-cmdline.bbappend

IMAGE_INSTALL += " \
                        swupdate \
                        swupdate-www \
                 "

swupdate-www是一个带有网站的软件包，你可以用自己的logo、模板和风格进行定制。

编译一个debian包

SWUpdate被认为是用于嵌入式系统的，在嵌入式发行版中构建是首要的情况。但是除了最常用的嵌入式构建系统Yocto或Buildroot之外，在某些情况下还会使用标准的Linux发行版。不仅如此，发行版包还允许为了测试目的在Linux PC上运行SWUpdate，而不必与依赖项做斗争。使用debhelper工具，可以生成debian包。

编译一个debian包的步骤

./debian/rules clean
./debian/rules build
fakeroot debian/rules binary

结果是一个存储在父目录中的“deb”包。

对源包签名的替代方法

你可以使用dpkg-buildpackage:

dpkg-buildpackage -us -uc
debsign -k <keyId>

运行SWUpdate

运行一次swupdate可以期望得到什么

SWUpdate的运行主要包括以下步骤:

• 检查介质(usb pen)
• 检查镜像文件。扩展名必须是.swu
• 从镜像中提取sw-description并验证它，它解析sw-description，在RAM中创建关于必须执行的活动的原始描述。
• 读取cpio归档文件并验证每个文件的校验和，如果归档文件未完全通过验证，SWUpdate将停止执行。
• 检查硬件-软件兼容性，如果有的话，从硬件中读取硬件修改，并与sw-description中的表做匹配。
• 检查在sw-description中描述的所有组件是否真的在cpio归档中。
• 如果需要，修改分区。这包含UBI卷的大小调整，而不是MTD分区的大小调整。一个名为“data”的卷被用于在调整大小时保存和恢复数据。
• 执行预运行脚本
• 遍历所有镜像并调用相应的处理程序以便在目标上安装。
• 执行安装后脚本
• 如果在sw-description中指定了更改，则更新引导加载程序环境变量。
• 向操作人员报告状态(stdout)

有一个步骤失败，则会停止整个过程并报告错误。

运行SWUpdate从文件中获取镜像:

swupdate -i <filename>

带着嵌入式服务器启动:

swupdate -w "<web server options>"

web服务器主要的重要参数是”document-root”和”port”。

swupdate -w "--document-root ./www --port 8080"

嵌入式web服务器取自Mongoose项目。

检索所有选项列表:

swupdate -h

这个完整使用随着代码交付的也没。当然，它们可以定制和替换。网站使用AJAX与SWUpdate进行通信，并向操作人员显示更新的进度。

web服务器的默认端口是8080。你可以从如下网址连接到目标设备:

http://<target_ip>:8080

如果它正常工作，则开始页面应该显示如下图所示。

如果下载了正确的镜像，SWUpdate将开始处理接收到的镜像。所有通知都被发送回浏览器。SWUpdate提供了一种机制，可以将安装进度发送给接收方。实际上，SWUpdate接受一个对象列表，这些对象在应用程序中注册了自身，在调用notify()函数时就会通知它们。
这也允许自行编写处理程序通知上层错误条件或简单地返回状态。这使得可以简单地添加一个自己的接收器，以实现以自定义的方式显示结果：在LCD上显示(如果设备上有的话)，或者通过网络发送 回另一个设备。

发送回浏览器的通知示例如下图所示:

软件集合可以通过传递 –select 命令行选项来指定。 假设 sw-description文件包含一个名为 stable 的集合， 加上 alt 的安装位置，则可以这样调用SWUpdate

swupdate --select stable,alt

命令行参数

systemd集成

SWUpdate 具有可选的systemd支持，是由编译配置开关 CONFIG_SYSTEMD
控制的。如果启用，SWUpdate将向systemd发送关于启动完成的信号，并可以可选地使用systemd的socket-based activation功能。

一个systemd服务单元文件的示例 /etc/systemd/system/swupdate.service以suricatta守护进程模式启动SWUpdate，可能看起来像以下的样子：

[Unit]
Description=SWUpdate daemon
Documentation=https://github.com/sbabic/swupdate
Documentation=https://sbabic.github.io/swupdate

[Service]
Type=notify
ExecStart=/usr/bin/swupdate -u '-t default -u http://localhost -i 25'

[Install]
WantedBy=multi-user.target

通过 systemctl start swupdate.service 进行启动, SWUpdate在启动时(重新)创建套接字。为了使用socket-based activation，还必须附带一个systemd套接字单元文件 /etc/systemd/system/swupdate.socket ：

[Unit]
Description=SWUpdate socket listener
Documentation=https://github.com/sbabic/swupdate
Documentation=https://sbabic.github.io/swupdate

[Socket]
ListenStream=/tmp/sockinstctrl
ListenStream=/tmp/swupdateprog

[Install]
WantedBy=sockets.target

在 swupdate.socket 被启动后, systemd创建套接字文件，并在SWupdate启动时将它们交给SWUpdate. 例如，当与 /tmp/swupdateprog对话时，systemd启动 swupdate.service 并移交套接字文件。 在以systemctl start swupdate.service “常规”启动SWupdate时也会传递Socket文件。

注意，两个 ListenStream= 指令中的套接字路径 必须与SWUpdate配置中的CONFIG_SOCKET_CTRL_PATH 和 CONFIG_SOCKET_PROGRESS_PATH
中的套接字路径匹配。 这里描述了缺省套接字路径配置。

引导启动程序的修改

SWUpdate 包含了内核和一个根文件系统(镜像),这必须由一个引导加载程序来启动。如果使用U-Boot, 可以实现以下机制:

• U-Boot检查是否需要进行软件更新(检查gpio、串行控制台等)。
• 脚本“altbootcmd”设置启动SWUpdate的规则
• 当需要SWUpdate时, U-boot运行脚本”altbootcmd”

更改U-Boot环境变量是安全的吗？是的，但是必须正确配置U-Boot。Uboot支持双备份环境变量，这可以使得更新器件掉电是安全的。板子的配置文件必须定义CONFIG_ENV_OFFSET_REDUND或CONFIG_ENV_ADDR_REDUND。查阅U-Boot文档了解这些常量的作用以及如何使用它们。

还有一些可选的增强可以集成到U-boot中，以使系统更安全。其中我会建议的最重要的一个，是添加启动技术支持到uboot中(文档在uboot的docs路径下)。这讲允许U-Boot追踪对成功启动应用的尝试。如果启动计数超过了限制，则可以自动启动SWupdate，以替代损坏了的软件。

GRUB默认情况下不像U-Boot那样支持环境变量的双副本。这意味着，在环境块更新期间断电时，环境块有可能损坏。
为了最小化风险，我们没有直接修改原始环境块。而是将变量写入临时文件，并在操作成功后调用rename指令。

构建一个单个的镜像

cpio由于其简单性而被用作容器。由此可以很简单地生成镜像。描述镜像的文件(默认是”sw-description”，但是名称是可以配置的)必须是cpio归档中的第一个文件。 要生成镜像，可以使用以下脚本:

CONTAINER_VER="1.0"
PRODUCT_NAME="my-software"
FILES="sw-description image1.ubifs  \
       image2.gz.u-boot uImage.bin myfile sdcard.img"
for i in $FILES;do
    echo $i;done | cpio -ov -H crc >  ${PRODUCT_NAME}_${CONTAINER_VER}.swu

单个的子图像可以在cpio容器中按任意顺序放置，除了sw-description，它必须是第一个子镜像。要检查生成的镜像，可以运行以下命令:

swupdate -c -i my-software_1.0.swu

对复合镜像的支持

在Yocto中可以自动生成单个镜像。 meta-swupdate使用swupdate类扩展了类。配方应该继承它，并添加自己的sw-description文件来生成镜像。

本文地址 https://www.cnblogs.com/zqb-all/p/10128215.html

译自 swupdate 文档 https://sbabic.github.io/swupdate/swupdate.html

有更新会在github上发布 https://zqb-all.github.io/swupdate/swupdate.html