由于市面上大多數(shù)嵌入式設(shè)備的分散、數(shù)量龐大、部署地點(diǎn)情況復(fù)雜，因此對(duì)于這些設(shè)備進(jìn)行個(gè)體、本地升級(jí)的實(shí)施非常費(fèi)時(shí)費(fèi)力。針對(duì)這種現(xiàn)狀，本文提供一種對(duì)基于 Linux 系統(tǒng)的嵌入式設(shè)備進(jìn)行在線、遠(yuǎn)程、批量升級(jí)的策略，通過 web 頁面對(duì)設(shè)備狀態(tài)、升級(jí)過程可視化展示，大大提供升級(jí)效率。

嵌入式 Linux 系統(tǒng)在線升級(jí)策略

對(duì)于運(yùn)行 Linux 系統(tǒng)的嵌入式產(chǎn)品，很多時(shí)候我們發(fā)現(xiàn)了當(dāng)前版本內(nèi)核、驅(qū)動(dòng)、或者應(yīng)用程序的 bug 并對(duì)之修復(fù)之后，或者研發(fā)出了功能更豐富、性能更突出的應(yīng)用軟件時(shí)，想要對(duì)當(dāng)前運(yùn)行的設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)程序替換和升級(jí)。很多人的做法是通過對(duì)每一臺(tái)設(shè)備燒寫新版軟件的方式進(jìn)行軟件版本更新，如果產(chǎn)品數(shù)量少且分布地點(diǎn)比較集中，這種方案具有一定的實(shí)效性。但是當(dāng)設(shè)備數(shù)量龐大且地點(diǎn)分散時(shí)，這種本地?zé)龑懙纳?jí)方式將會(huì)變得非常難以操作，且升級(jí)結(jié)果可視化具有一定難度，需要通過串口等終端才能確認(rèn)。

針對(duì)采用 Linux 系統(tǒng)且具有互聯(lián)網(wǎng)接入能力的嵌入式設(shè)備，不論這種接入方式是有線網(wǎng)絡(luò)、wifi、2G 或者 4G，本文將為其提供一種通過服務(wù)端后臺(tái)對(duì)在線的所有或者部分設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程批量升級(jí)的高效、可靠、直觀的升級(jí)策略。升級(jí)內(nèi)容可以是內(nèi)核、驅(qū)動(dòng)、文件系統(tǒng)、應(yīng)用程序或者某些配置文件。接下來，將首先展示該方案的架構(gòu)圖，緊接著一步步講述各個(gè)功能或者邏輯模塊的細(xì)節(jié)。

方案概述

此升級(jí)方案由后臺(tái)服務(wù)端程序、web 頁面、終端升級(jí)程序三部分組成。如圖 1 展示了升級(jí)方案 的架構(gòu)圖。

圖 1. 升級(jí)方案架構(gòu)圖

服務(wù)端程序

服務(wù)端程序用來監(jiān)測終端設(shè)備狀態(tài)，管理升級(jí)包，升級(jí)流程控制并且提供 web 端響應(yīng)以及數(shù)據(jù)庫訪問。本策略中的服務(wù)端為 apache-tomcat，程序采用 java servlet，數(shù)據(jù)庫為 MySQL，web 頁面為 JSP 編寫。您可以使用任何一種后臺(tái)語言(如 php、python 等)實(shí)現(xiàn)本文所描述的服務(wù)端功能。

服務(wù)端功能有：

• 終端消息處理
• 升級(jí)包管理
• 升級(jí)指令處理
• 終端消息處理

服務(wù)端程序通過 getParameter("version")獲得終端軟件版本號(hào)，通過 queryLatestVersion()查詢數(shù)據(jù)庫中***軟件版本號(hào)，然后將二者進(jìn)行對(duì)比。如果相同，則證明該終端設(shè)備軟件版本已經(jīng)是***，返回 latest 指令;如果不同且服務(wù)端沒有收到 web 端用戶的升級(jí)指令，則通過 queryAddress()從數(shù)據(jù)庫中查詢***升級(jí)包的地址，將之返回給終端，以便終端設(shè)備從該地址下載升級(jí)包，另外，如果此時(shí)用戶在 web 界面執(zhí)行了升級(jí)命令，則返回 update 指令給終端，終端設(shè)備執(zhí)行升級(jí)操作。詳細(xì)請(qǐng)查看清單 1。

清單 1. 終端消息處理代碼片段

public void doGet(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response)\ 
throws ServletException, IOException { 
    String msg = null; 
    String version_latest = null; 
    String address_latest = null; 
    String version = request.getParameter("version"); 
 
    PrintWriter out = response.getWriter(); 
    version_latest = queryLatestVersion(); 
    if(version.equals(version_latest)){  
        msg = "|latest|null|null|"; 
    }else if(UpdateServlet.update_status){ 
        msg = "|update|"+version_latest+"|null|"; 
        UpdateServlet.update_status = false; 
    }else{ 
        address_latest = queryAddress(); 
        msg = "|download|172.x.x.x"+address_latest+"|"+MD5+"|"; 
    } 
    out.print(msg); 
    out.flush(); 
    out.close(); 
} 

升級(jí)包管理

服務(wù)端程序處理 web 端上傳的升級(jí)包，首先確認(rèn)存放升級(jí)包的路徑是否存在，沒有則創(chuàng)建。升級(jí)包接收完成之后，從升級(jí)包文件名中截取版本號(hào)，然后將文件名、版本號(hào)、升級(jí)包在服務(wù)端的存放路徑信息插入到數(shù)據(jù)庫中。類似的，服務(wù)端程序也響應(yīng) web 端用戶對(duì)升級(jí)包的更改、刪除等操作。詳細(xì)的升級(jí)包管理請(qǐng)查看清單 2。

清單 2. 升級(jí)包管理代碼片段

protected void doPost(HttpServletRequest request,\ 
    HttpServletResponse response) throws ServletException, IOException { 
    String uploadPath = "/xx/xx"; 
    File uploadDir = new File(uploadPath); 
    if (!uploadDir.exists()) { 
        uploadDir.mkdir(); 
    } 
    try { 
    List<FileItem> formItems = upload.parseRequest(request); 
    if (formItems != null && formItems.size() > 0) { 
         for (FileItem item : formItems) { 
             if (!item.isFormField()) { 
                 String fileName = new File(item.getName()).getName(); 
                 Patternp=Pattern.compile("update_package-(.*?).tar.gz"); 
                 Matcherm=p.matcher(fileName); 
                 while(m.find()){ 
                     version = m.group(1); 
                 } 
                String filePath = uploadPath + File.separator + fileName; 
                sql = "INSERT INTO package(name,version,address)\ 
                VALUES('"+fileName+"','"+version+"','"+filePath+"');"; 
                dbOperate(sql); 
                File storeFile = new File(filePath); 
                item.write(storeFile); 
                request.setAttribute("message",\ 
                "Package Has beed uploaded successfully!"); 
            } 
        } 
   } 
   } catch (Exception ex) { 
        request.setAttribute("message","error info: " + ex.getMessage()); 
    } 
} 

升級(jí)指令處理

如果用戶從 web 端選擇了升級(jí)設(shè)備并且點(diǎn)擊了升級(jí)按鈕，服務(wù)端程序則會(huì)記錄該指令，當(dāng)下一次收到終端設(shè)備的 POST 消息時(shí)，則會(huì)對(duì)指定的終端下發(fā) update 升級(jí)指令，終端收到 update 命令后執(zhí)行升級(jí)程序。升級(jí)完成之后終端會(huì)再次周期性上報(bào)其版本號(hào)，通過 web 端設(shè)備列表即可查看所有設(shè)備升級(jí)結(jié)果，做到升級(jí)流程、結(jié)果的可視化。

終端升級(jí)程序

終端升級(jí)程序由升級(jí)管理程序和升級(jí)執(zhí)行程序兩部分組成。本文所描述的升級(jí)策略先決條件是構(gòu)建合理的磁盤、Flash 分區(qū)，以便支持本策略中各種程序的正常運(yùn)行。

終端磁盤分區(qū)示例

圖 2. 終端設(shè)備磁盤分區(qū)圖

圖 2 是一個(gè)針對(duì)本策略的基本 Flash 分區(qū)示例。Flash 的總?cè)萘繛?128M，***個(gè)分區(qū)為啟動(dòng)分區(qū)，用來存放啟動(dòng) Linux 系統(tǒng)的引導(dǎo)程序，容量 2M;第二個(gè)分區(qū)為 Linux 內(nèi)核分區(qū)，用來存放 Linux 內(nèi)核鏡像文件，容量 8M;第三個(gè)分區(qū)為根文件系統(tǒng)分區(qū)，用來存放根文件系統(tǒng)鏡像文件且作為運(yùn)行時(shí)用戶操作空間，容量 100M;第四個(gè)為備份分區(qū)，用來存放想要備份的內(nèi)容，以便升級(jí)完成后被拷貝到新的文件系統(tǒng)中，容量 16M;***一個(gè)為固化信息分區(qū)，用來存放設(shè)備軟件版本號(hào)、設(shè)備類型、設(shè)備 id 等信息，容量 2M。該分區(qū)信息僅作為參考，分區(qū)數(shù)量、大小需要根據(jù)具體項(xiàng)目做相應(yīng)修改。當(dāng)然如果項(xiàng)目沒有特殊性，且硬件資源與該示例匹配，此分區(qū)方案亦可直接被沿用。

升級(jí)管理程序

升級(jí)管理程序功能如下：

• 管理軟件版本信息
• POST 設(shè)備信息給服務(wù)端
• 從服務(wù)端下載升級(jí)包
• 校驗(yàn)，管理升級(jí)包
• 啟動(dòng)升級(jí)執(zhí)行程序

升級(jí)管理程序隨著系統(tǒng)開機(jī)啟動(dòng)且作為守護(hù)進(jìn)程運(yùn)行。***次運(yùn)行時(shí)從宏定義中讀取軟件版本號(hào)并固化到 info 分區(qū)中，每隔一段時(shí)間從 info 分區(qū)中讀取設(shè)備類型、設(shè)備 id、軟件版本號(hào)。并將這些信息通過 HTTP POST 給服務(wù)端。服務(wù)端收到設(shè)備信息之后解析出其中的軟件版本號(hào)，并和數(shù)據(jù)庫中的***升級(jí)包版本號(hào)進(jìn)行對(duì)比。如果升級(jí)包版本號(hào)高于設(shè)備版本號(hào)，則返回 download 指令以及升級(jí)包地址、升級(jí)包 MD5 碼給終端設(shè)備。

表 1. 終端設(shè)備信息消息格式

表 2. 服務(wù)端返回消息格式

表 1、表 2 分別展示了終端設(shè)備發(fā)送、服務(wù)端返回的消息格式以及內(nèi)容。

升級(jí)管理程序收到服務(wù)端返回消息對(duì)其解析，根據(jù)不同指令做如下響應(yīng)：

• 指令為 download，則根據(jù)參數(shù) 1 提供的地址下載對(duì)應(yīng)的升級(jí)包到終端設(shè)備本地的 tmp 目錄中。下載完成之后取得升級(jí)包的 MD5 碼和參數(shù) 2 中的進(jìn)行對(duì)比，完成升級(jí)包校驗(yàn)。
• 指令為 update，則把參數(shù) 1 中的版本號(hào)和本地 tmp 目錄中的升級(jí)包版本號(hào)進(jìn)行對(duì)比，如果相同才會(huì)啟動(dòng)升級(jí)執(zhí)行程序進(jìn)行升級(jí)。
• 指令為 latest，則證明當(dāng)前終端設(shè)備的軟件版本和服務(wù)端中的***升級(jí)包版本相同，已經(jīng)是***版本，不予理會(huì)。

升級(jí)執(zhí)行程序

升級(jí)執(zhí)行程序功能如下：

• 解壓升級(jí)包
• 備份文件
• 格式化內(nèi)核、文件系統(tǒng)分區(qū)
• 加載升級(jí)包中的文件到內(nèi)核、文件系統(tǒng)分區(qū)
• 重啟操作系統(tǒng)
• 拷貝備份文件到文件系統(tǒng)中

當(dāng)升級(jí)執(zhí)行程序被升級(jí)管理程序啟動(dòng)之后，首先解壓升級(jí)包，并對(duì)之校驗(yàn)、檢測。如果檢測通過則開始備份用戶文件，需要說明的是 backup 分區(qū)掛載在文件系統(tǒng)根目錄 backup 文件夾上，因此備份方式是將需要備份的文件拷貝到 backup 文件夾中且記錄其原始路徑。下一步進(jìn)行內(nèi)核、文件系統(tǒng)分區(qū)格式化操作，此后將升級(jí)包中新版的內(nèi)核鏡像、文件系統(tǒng)鏡像寫到內(nèi)核、根文件系統(tǒng)分區(qū)中，完成新老替換。然后自動(dòng)重啟操作系統(tǒng)，啟動(dòng)成功之后，將備份文件拷貝到對(duì)應(yīng)的文件系統(tǒng)路徑中。此時(shí)的終端設(shè)備升級(jí)完畢，運(yùn)行新版系統(tǒng)和軟件。如果升級(jí)內(nèi)容僅僅為應(yīng)用程序或者配置文件，則只需進(jìn)行相應(yīng)文件的替換即可。

設(shè)備和服務(wù)端的交互

終端設(shè)備通過 HTTP 協(xié)議與服務(wù)端進(jìn)行交互。終端程序每隔 10 秒向服務(wù)端 HTTP POST 發(fā)送一次設(shè)備信息，服務(wù)端根據(jù)版本號(hào)對(duì)比結(jié)果以及 web 端升級(jí)指令狀態(tài)返回三種不同指令給終端設(shè)備。終端通過解析指令做出相應(yīng)響應(yīng)。其中下載功能調(diào)用 libcurl 庫，具有斷點(diǎn)續(xù)傳能力。10 秒的請(qǐng)求頻率可根據(jù)具體項(xiàng)目應(yīng)用場景做出調(diào)整，如果終端數(shù)量比較少且服務(wù)端能夠承受連接壓力，想要響應(yīng)更加快速、及時(shí)，可考慮將 HTTP 改為 socket 長連接的通信方式。

web 端

Web 端提供用戶進(jìn)行升級(jí)操作的人機(jī)接口，顯示、接收、跟蹤整個(gè)升級(jí)過程。采用 JSP 編寫。其功能如下：

• 顯示設(shè)備狀態(tài)。顯示設(shè)備在線、離線狀態(tài)、設(shè)備類型、設(shè)備 id、軟件版本號(hào)。
• 升級(jí)包管理。顯示所有升級(jí)包，對(duì)已有的升級(jí)包進(jìn)行修改、刪除等操作。上傳新的升級(jí)包。
• 升級(jí)操作管理。用戶可通過設(shè)備列表多選、全選設(shè)備，點(diǎn)擊升級(jí)按鈕生成升級(jí)指令。

總結(jié)

本文提供了一種遠(yuǎn)程在線方式對(duì)嵌入式 Linux 設(shè)備進(jìn)行批量升級(jí)的策略，升級(jí)內(nèi)容包括內(nèi)核、驅(qū)動(dòng)、文件系統(tǒng)、應(yīng)用程序、配置文件等。能夠快速、穩(wěn)定完成升級(jí)操作。描述了服務(wù)端程序、終端設(shè)備升級(jí)程序、web 端功能、設(shè)備和服務(wù)端交互方式，完整地展示了升級(jí)流程的細(xì)節(jié)，供開發(fā)者參考。

需要注意的是，該策略的實(shí)施過程中，需要確保升級(jí)設(shè)備具有足夠電量以保證升級(jí)程序的順利執(zhí)行。該策略僅僅提供功能性的描述，為了確?？煽啃院瓦m應(yīng)更加復(fù)雜的環(huán)境，開發(fā)者需要增加雙分區(qū)啟動(dòng)備份機(jī)制。此外，由于升級(jí)包存放在 tmp 目錄中，因此可支持的升級(jí)包大小受限于內(nèi)存物理空間，開發(fā)者可將升級(jí)包存放在指定磁盤分區(qū)對(duì)該功能進(jìn)行優(yōu)化。