在线时间4067 小时
UID3441752
注册时间2017-11-21
NXP金币759430
TA的每日心情 | 开心
2024-3-26 15:16 |
|---|
签到天数: 266 天 [LV.8]以坛为家I
管理员
 
- 积分
- 32003
- 最后登录
- 2024-4-9
|
|
MCU-OTA参考解决方案
1. 全面且灵活的MCU-OTA工程
OTA的全称是Over-The-Air，泛指对某个嵌入式系统的软件在线升级。
就MCU系统来说，目前主要是对整个Firmware进行在线更新，所以也称之为FOTA，本文中OTA与FOTA同义。
我们构建了一个适用于恩智浦MCU平台的OTA参考工程，客户可以基于这个工程开发适用于自己项目的OTA系统。
请从如下链接获取工程源代码和文档：
Bootloader: https://github.com/NXPmicro/sbl
Firmware: https://github.com/NXPmicro/sfw
用户手册：https://github.com/NXPmicro/sbl/tree/master/doc
和 https://github.com/NXPmicro/sfw/tree/master/doc
对于这个复杂的工程，我们尽力做到了全面和灵活的平衡，全面主要是指：
包含bootloader(SBL)和firmware(SFW)两个独立git工程
支持9个NXP MCU平台，多种OTA方式，完善的安全策略，丰富的开发环境，详细的文档资料。
看看有没有你在用或者感兴趣的平台
作为MCU工程师，首要解决的问题就是开发环境。MCU-OTA工程支持Linux主机GCC_ARM编译开发，Windows主机GCC_ARM、IAR、MDK编译开发调试环境。
我们又是怎么做到灵活的呢？
解耦：不同平台之间没有任何关联，git clone或者下载代码后，可仅保留你用到的平台代码，其他平台文件夹可以直接删除。（当然轻clone也可以达到相似效果）
裁剪：引入Kconfig(menuconfig)机制，半图形化的配置方式和宏的自动关联管理，方便客户对工程特性进行裁剪配置。
预设：MCU-OTA工程是基于NXP MCU EVK开发板开发的，每个开发板都有特定的Flash芯片，但是我们在MCU-OTA工程里预设了多种类Flash芯片数据，客户只需要选择自己使用的Flash芯片，MCU-OTA会自动获取对应的参数，方便客户的代码快速在Flash上跑起来。
分层：我们尽力做到代码层次清晰，客户可以方便的增加自己的代码，或者从MCU-OTA工程里提取自己需要的代码。
2. 先看看总体架构
下图展示了MCU-OTA工程的系统概念。
MCU硬件系统：MCU-OTA基于NXP的EVK开发板开发
SBL：SecureBootloader，负责验签，烧写，交换，失败回滚Firmware，支持In-System-Program (ISP)功能，方便烧写Firmware
SFW：SecureFirmware，基于FreeRTOS的Firmware实例，支持SD卡，U盘，AWS，和Aliyun等OTA例程
Host Tool：Windows或者Linux主机工具，用来创建、烧写、签名，加密SBL和SFW可执行镜像，由多个独立的工具软件组成
更多的功能特性，让我们来看系统框图。
基于NXP Soc完善的安全硬件模块，SBL和SFW可以方便的实施验签，加密等安全OTA策略。同时可以使用硬件加速MbedTLS的某些加密算法。
从上图可以看出，SBL是基于open source的MCUBoot工程，加上Scons工程编译工具，Kconfig工程配置工具，NXP MCUSDK driver代码等创建而成的工程。其重点不仅在于对OTA的支持，更在于对安全加密功能的实现。同时，基于NXP MCU的硬件Remap功能，SBL优化了OTA时对Firmware镜像的交换操作，取消了对Flash的频繁擦除和烧写，在执行时间和Flash寿命方面有显著优化。更多的SBL特性，请参阅ReleaseNotes和User Guide文档。
基于最广泛使用的FreeRTOS实时操作系统，我们创建了SFW工程，并采用与SBL相同的Scons + Kconfig方式组织代码的编译与配置。同时根据不同板卡硬件特性，集成了U盘，SD卡OTA功能，远程OTA方面，支持AWS和Aliyun两个云服务商。另外，我们把需要与SBL配合的操作，集合在了一个C文件和一个头文件中，客户在不使用SFW的情况下，可以方便快速的在自己的Firmware项目中集成这两个文件，从而方便的与SBL配合完成OTA功能。
在烧写镜像，配置eFuse，生成密钥，对镜像进行签名、加密方面，你需要一些运行在Host主机侧的工具。不要担心，NXP提供了完备的解决方案，请参阅UserGuide下载使用相关的Host Tools。
3. 适合MCU用户的开发习惯
做为一个MCU平台工程，肯定要想MCU客户之所想。首当其冲的是开发环境问题。我们不赞成把一个“Linux +make + makefile + GCC_ARM”的环境强加给客户，徒增产品开发的难度。毕竟很多MCU客户并不需要熟悉Linux环境，IAR, MDK，以及其他Windows环境下的IDE集成开发环境很好用，也很容易上手。这一点，RT-Thread做了很好的工作。我们也在参考了其架构的基础上，采用Scons + Kconfig来组织编译SBL和SFW代码。
Scons是一个开源项目，相关资料网上很容易查到，不再赘述。你可以把Scons理解成make，只不过它是用Python写的，跨平台支持，脚本可读性和命令扩展性是它的优点。
那么客户是不是需要先安装Python呢？不需要！我们的SBL和SFW工程自带了Python环境，其实不仅仅是Python环境，包括Windows下的命令终端器，Kconfig命令，以及其他用得到的环境命令，都已经被包含在工程里了。当你git clone，或者直接下载压缩包获取到SBL/SFW工程源代码后，不需要任何额外的环境建设（当然Git、IAR、MDK还是要自己安装的），可以直接根据UserGuide或者README里的Quick Start，开始上手编译调试工作。
注：Linux主机环境需要自己安装Python3.6，Scons等支持包，都玩Linux了，这些肯定不是问题。
MCU用户没听说过Kconfig？没关系！以程序员的智商和思维方式，根本不用学，上下左右箭头，回车键来回捣腾捣腾，都明白了。看看下图，不需要过多解释吧。至于用Linux环境开发的用户，就更不用啰嗦了吧。
通过Kconfig对代码进行配置裁剪完成后，就可以执行scons --ide=iar，或者 scons--ide=mdk5生成对应的IDE工程，然后，愉快的玩起来吧！
4. 安全的OTA
大家知道NXP的slogan么？打开NXP的芯片手册，或者各种培训资料，你大概率能找到这句话：
同样，在SBL和SFW工程里，双击某个平台的env.bat后，我们也打印了这句话。
其实从项目工程的命名，你也应该能感觉到我们想把重点放在哪儿，SBL、SFW里的S，并不是Secondary，而是Secure的意思。万物互联的时代，裸奔会是件极其危险的事情。
NXP一向以安全著称，我们的Soc内置了完善的硬件安全引擎，支持丰富的加密算法。我们的BootROM代码在定义开发阶段就一直把安全作为首要任务，作为信任根随Soc一起流片。MCU-OTA工程就是想基于NXP完善的硬件安全引擎，为客户展示一个完整的OTA信任链。
在SBL的Release Notes里，展示了各平台已经支持的安全策略。
All platforms: RSA(2048), ECDSA(P256) signand verify by software
evkmimxrt10xx:
Soc sign-verify: HAB RSA(2048,3072,4096)
Soc encrypted XIP boot: Yes
evkmimxrt1170:
Soc sign-verify: HAB RSA(2048,3072,4096),HAB ECDSA(p-256/384/521)
Soc encrypted XIP boot: Yes
evkmimxrtxxx:
Soc sign-verify: ROM RSA(2048,3072,4096)
Soc encrypted XIP boot: Yes
lpc55s69:
Soc sign-verify: ROM RSA(2048,4096)
Soc encrypted XIP boot: Yes
安全特性方面更多的细节，请参考User Guide。
5. 持续支持与开发
如你所见，目前MCU-OTA工程（SBL, SFW）已经支持NXP的9个MCU平台。
后续我们会增加对NXP其他MCU平台的支持，包括新出的MCU芯片。
在OTA和安全特性方面，我们很乐意听取客户的意见，持续优化和解决问题。同时，我们也欢迎直接在Github平台给SBL和SFW工程提交patch，与客户的交流与协作对我们很重要，帮助我们共同成长，谢谢！
|
|
/4 
发表于 2021-11-25 16:27:14
沉默卡
照妖镜
发表于 2021-11-25 18:11:06
发表于 2021-11-25 22:16:48
发表于 2021-12-9 11:32:07
楼主