Amazon FreeRTOS幫助開(kāi)發(fā)人員簡(jiǎn)化將物聯(lián)網(wǎng)（IoT）設(shè)備連接到云的過(guò)程。但是，即使采用更簡(jiǎn)單的云連接，許多開(kāi)發(fā)人員將面臨的一個(gè)主要障礙是如何在現(xiàn)場(chǎng)更新其設(shè)備的固件。

固件更新通常使用引導(dǎo)程序完成，引導(dǎo)程序可以基于設(shè)備體系結(jié)構(gòu)和可用的通信外圍設(shè)備以多種不同形式出現(xiàn)。由于引導(dǎo)加載程序很普遍并且?guī)缀醢诿總€(gè)嵌入式系統(tǒng)中，開(kāi)發(fā)人員需要利用現(xiàn)有的解決方案，而不是從頭開(kāi)始開(kāi)發(fā)。這使他們可以花更多的時(shí)間專注于自己的產(chǎn)品的差異化和功能。

本文將探討開(kāi)發(fā)人員如何利用內(nèi)置于Amazon FreeRTOS（a：FreeRTOS）中的引導(dǎo)加載程序功能（通常稱為無(wú)線更新（OTA））來(lái)快速獲取在其物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備上運(yùn)行的引導(dǎo)加載程序解決方案。

Amazon FreeRTOS的OTA更新概述

Amazon FreeRTOS是一個(gè)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，其中包含了輕松連接到亞馬遜網(wǎng)絡(luò)服務(wù)（AWS）所需的所有庫(kù)。亞馬遜FreeRTOS基本上是FreeRTOS內(nèi)核，現(xiàn)在已經(jīng)包含了連接和安全庫(kù)，以促進(jìn)與AWS的安全通信。OTA功能包含在單獨(dú)的OTA庫(kù)中，并且必須單獨(dú)配置才能包含在FreeRTOS下載中。

a：FreeRTOS OTA更新服務(wù)包含允許開(kāi)發(fā)者進(jìn)行以下操作所必需的軟件：

• 部署前對(duì)固件進(jìn)行數(shù)字簽名和加密

• 將新固件映像安全地部署到單個(gè)設(shè)備，設(shè)備組或整個(gè)設(shè)備隊(duì)

• 將設(shè)備添加到組中時(shí)將固件部署到設(shè)備，重新啟動(dòng)或重新設(shè)置

• 將新固件部署到設(shè)備后驗(yàn)證其真實(shí)性和完整性

• 監(jiān)視部署的進(jìn)度

• 調(diào)試失敗的部署

這些功能通過(guò)各種運(yùn)行的AWS服務(wù)提供，例如：

• OTA管理器服務(wù)

• AWS IoT工作服務(wù)

• 流媒體服務(wù)

• 代碼簽名Amazon FreeRTOS服務(wù)

• OTA圖書館和代理

對(duì)于開(kāi)發(fā)人員來(lái)說(shuō)，讓所有這些部分協(xié)同工作所需的步驟是相當(dāng)大的，并且不可能在單篇文章中詳細(xì)介紹。相反，本文將重點(diǎn)介紹如何開(kāi)始學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)以及獲得a：FreeRTOS設(shè)置在實(shí)驗(yàn)室中工作的提示。

選擇OTA測(cè)試硬件

FreeRTOS目前支持幾種不同的開(kāi)發(fā)板。這些開(kāi)發(fā)工具包包括：

• 德州儀器的SimpleLink Wi-FiCC3220SF無(wú)線LaunchPad開(kāi)發(fā)套件

• Microchip Technology的PIC32MZEF好奇心開(kāi)發(fā)套件

• 意法半導(dǎo)體的STM32L4 Discovery KitIoT節(jié)點(diǎn)

• 恩智浦半導(dǎo)體的LPC54018 IoT模塊

• Espressif Systems的ESP32-DEVKITC開(kāi)發(fā)套件

圖1：德州儀器的CC3220SF-LaunchXL是一款完全集成的解決方案，可以開(kāi)始使用Amazon FreeRTOS OTA。該微控制器具有集成的Wi-Fi模塊，可最大限度地減小物理尺寸并最大限度地降低能耗。（圖片來(lái)源：德州儀器）

本文將重點(diǎn)介紹SimpleLink Wi-Fi CC3220SF的幾個(gè)不同原因。首先，CC3220SF是目前唯一一款具有集成Wi-Fi模塊的FreeRTOS微控制器。雖然其他開(kāi)發(fā)板具有板載Wi-Fi模塊，但CC3220SF通過(guò)將控制器和Wi-Fi功能集成到單個(gè)芯片中，節(jié)省了電路板空間和能源。

其次，由于CC3220SF的外部存儲(chǔ)設(shè)備可以存儲(chǔ)固件映像并在引導(dǎo)過(guò)程中恢復(fù)映像，因此CC3220SF的安全特性非常有趣且更為復(fù)雜。如果讀者能夠成功地在CC3220SF上設(shè)置OTA，他們將不會(huì)在其他平臺(tái)上運(yùn)行。

最后，CC3220SF是OTA演示應(yīng)用程序第一個(gè)支持的處理器，因此設(shè)計(jì)人員可以確信它已完全通過(guò)CC3220SF審核。

圖2：J-Link Ultra +是一款功能齊全的專業(yè)調(diào)試器，包含無(wú)限制斷點(diǎn)和極快的SWO和接口時(shí)鐘速率。開(kāi)發(fā)人員可以使用J-Link Ultra +執(zhí)行應(yīng)用程序跟蹤，以便他們了解OTA示例的行為。（圖片來(lái)源：Segger微控制器系統(tǒng)）

除了選擇開(kāi)發(fā)板之外，開(kāi)發(fā)人員還可能決定放棄板載編程器并使用專業(yè)編程器，例如Segger Microcontroller Systems的J-Link Ultra +。專業(yè)程序員會(huì)降低程序速度并提供額外的調(diào)試功能，例如應(yīng)用程序跟蹤和RTOS感知調(diào)試，這對(duì)理解黑盒應(yīng)用程序非常重要。開(kāi)發(fā)人員還希望使用來(lái)自Tag-Connect的TC201510引腳插頭，輕松將其連接至目標(biāo)板。甲TC2050-ARM201020針對(duì)TC2050適配器可以在調(diào)試器，以適應(yīng)基板側(cè)電纜是必需的。

圖3：來(lái)自標(biāo)簽連接（左）的TC2050-IDC 10針插頭釘是一種適配器電纜，可以最大限度地減少開(kāi)發(fā)板或生產(chǎn)電路板上的連接器占用面積。與SEGGER J-LINK一起使用時(shí)，可能需要TC2050-ARM2010 20針至TC2050適配器。（圖片來(lái)源：Tag-Connect LLC）

為OTA更新配置Amazon FreeRTOS

默認(rèn)情況下，OTA庫(kù)不包含在預(yù)配置的a：FreeRTOS軟件包中。開(kāi)發(fā)人員必須改為手動(dòng)配置庫(kù)和應(yīng)用程序。這可以通過(guò)登錄AWS IoT控制臺(tái)并進(jìn)入Amazon FreeRTOS菜單來(lái)完成。然后開(kāi)發(fā)人員可以點(diǎn)擊“新建”按鈕開(kāi)始創(chuàng)建自定義配置（圖4）。

圖4：從AWS IoT控制臺(tái)中，通過(guò)單擊軟件配置菜單中的“創(chuàng)建新”按鈕可以自定義a：FreeRTOS設(shè)備軟件。（圖片來(lái)源：Beningo嵌入式集團(tuán)）

在配置中，開(kāi)發(fā)人員需要設(shè)置一些設(shè)置才能配置OTA功能。這些包括：

• 選擇硬件

• 選擇包含的：FreeRTOS庫(kù)

• 設(shè)置配置名稱

在這個(gè)例子中，開(kāi)發(fā)人員可以選擇CC3220SF-LAUNCHXL（圖5）。以這種方式選擇硬件平臺(tái)將拉入所有特定于電路板的文件，包括驅(qū)動(dòng)程序。但選擇電路板不會(huì)自動(dòng)帶入OTA功能。在庫(kù)部分下，開(kāi)發(fā)人員需要添加OTA庫(kù)（如圖6所示）。這將包括所有的OTA庫(kù)，包括開(kāi)發(fā)人員可以參考或合并的演示示例。

圖5：選擇將與FreeRTOS OTA功能配合使用的硬件配置。（圖片來(lái)源：Beningo嵌入式集團(tuán)）

圖6：將OTA更新庫(kù)添加到a：FreeRTOS配置中。（圖片來(lái)源：Beningo嵌入式集團(tuán)）

完成此操作后，開(kāi)發(fā)人員可以創(chuàng)建配置，下載配置并將aws_demo項(xiàng)目導(dǎo)入Code Composer Studio。

設(shè)置OTA示例代碼

一旦導(dǎo)入了aws_demos OTA示例，就需要執(zhí)行幾個(gè)任務(wù)。首先，配置終點(diǎn)，證書和安全密鑰。這可以按照a：FreeRTOS入門指南中的步驟完成。遵循本指南并按原樣運(yùn)行aws_demos項(xiàng)目將允許在進(jìn)一步確認(rèn)之前確認(rèn)與AWS的連接。

修改OTA的演示非常簡(jiǎn)單。打開(kāi)aws_demo_runner.c模塊，找到位于模塊末尾的DEMO_RUNNER_RunDemos函數(shù)。vStartMQTTEchoDemo調(diào)用應(yīng)該被注釋掉，而vStartOTAUpdateDemoTask調(diào)用應(yīng)該被取消注釋。然后，快速編譯將構(gòu)建該項(xiàng)目，并準(zhǔn)備在啟用引導(dǎo)加載程序功能的情況下執(zhí)行。

圖7：將OTA演示任務(wù)添加到aws_demos應(yīng)用程序中。（圖片來(lái)源：a：FreeRTOS示例代碼）

為OTA配置Amazon Web Services

對(duì)于嵌入式軟件開(kāi)發(fā)人員來(lái)說(shuō)，這就是運(yùn)行OTA示例的過(guò)程，它將界限推向云端。為了成功運(yùn)行OTA示例，開(kāi)發(fā)人員需要根據(jù)OTA先決條件指南配置AWS。這要求開(kāi)發(fā)者：

• 創(chuàng)建一個(gè)Amazon S3存儲(chǔ)桶

• 授予AWS賬戶OTA更新權(quán)限

• 創(chuàng)建一個(gè)OTA服務(wù)角色

• 創(chuàng)建一個(gè)OTA用戶策略

• 授予訪問(wèn)代碼簽名服務(wù)的權(quán)限

完成這些后，請(qǐng)按照最終用戶指南的說(shuō)明運(yùn)行OTA a：FreeRTOS示例。

使用Amazon FreeRTOS的OTA功能的技巧和訣竅

開(kāi)發(fā)人員可以遵循以下幾條提示和技巧，以盡量減少使用FreeRTOS中包含的引導(dǎo)加載程序功能時(shí)可能遇到的潛在問(wèn)題。這些包括：

• 閱讀“使用Amazon FreeRTOS連接到云”以獲取關(guān)于如何開(kāi)始使用FreeRTOS的一般提示和信息。

• 閱讀可在此處找到的Amazon OTA文檔。

• 在開(kāi)發(fā)過(guò)程中，購(gòu)買六塊開(kāi)發(fā)板并將它們分成三組，每組兩個(gè)設(shè)備。這將允許試驗(yàn)設(shè)備和組可以在現(xiàn)場(chǎng)更新的不同方式。

• 首先將固件更新部署到較小的設(shè)備組，以確保在更新整個(gè)設(shè)備隊(duì)伍之前固件更新沒(méi)有問(wèn)題。

• 使用AWS亞馬遜證書管理器創(chuàng)建證書并簽署固件。可以使用第三方認(rèn)證機(jī)構(gòu)，但如果全部在AWS內(nèi)完成，則該過(guò)程將被簡(jiǎn)化。

• 考慮將PIC32MZEF好奇板用于OTA實(shí)驗(yàn)，因?yàn)樗堑诙€(gè)：支持OTA beta演示的FreeRTOS開(kāi)發(fā)套件。

結(jié)論

亞馬遜FreeRTOS生態(tài)系統(tǒng)為開(kāi)發(fā)人員提供了一個(gè)如何在現(xiàn)場(chǎng)更新固件的例子。對(duì)于可能有不同需求或系統(tǒng)配置的開(kāi)發(fā)人員，可以輕松擴(kuò)展此示例。利用現(xiàn)有的引導(dǎo)加載程序可以為開(kāi)發(fā)人員節(jié)省大量開(kāi)發(fā)時(shí)間，并讓他們專注于其產(chǎn)品差異化和價(jià)值主張。

如圖所示，亞馬遜FreeRTOS確實(shí)有一個(gè)無(wú)線更新解決方案，目前可用于德州儀器CC3220，并且無(wú)疑將來(lái)可用于其他亞馬遜FreeRTOS產(chǎn)品。