由于市面上大多數(shù)嵌入式設備的分散、數(shù)量龐大、部署地點情況復雜，因此對于這些設備進行個體、本地升級的實施非常費時費力。針對這種現(xiàn)狀，本文提供一種對基于 Linux 系統(tǒng)的嵌入式設備進行在線、遠程、批量升級的策略，通過 web 頁面對設備狀態(tài)、升級過程可視化展示，大大提供升級效率。

嵌入式 Linux 系統(tǒng)在線升級策略

對于運行 Linux 系統(tǒng)的嵌入式產(chǎn)品，很多時候我們發(fā)現(xiàn)了當前版本內(nèi)核、驅(qū)動、或者應用程序的 bug 并對之修復之后，或者研發(fā)出了功能更豐富、性能更突出的應用軟件時，想要對當前運行的設備進行相應程序替換和升級。很多人的做法是通過對每一臺設備燒寫新版軟件的方式進行軟件版本更新，如果產(chǎn)品數(shù)量少且分布地點比較集中，這種方案具有一定的實效性。但是當設備數(shù)量龐大且地點分散時，這種本地燒寫的升級方式將會變得非常難以操作，且升級結(jié)果可視化具有一定難度，需要通過串口等終端才能確認。

針對采用 Linux 系統(tǒng)且具有互聯(lián)網(wǎng)接入能力的嵌入式設備，不論這種接入方式是有線網(wǎng)絡、wifi、2G 或者 4G，本文將為其提供一種通過服務端后臺對在線的所有或者部分設備進行遠程批量升級的高效、可靠、直觀的升級策略。升級內(nèi)容可以是內(nèi)核、驅(qū)動、文件系統(tǒng)、應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功能或者邏輯模塊的細節(jié)。

方案概述

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

圖 1. 升級方案架構(gòu)圖

服務端程序

服務端程序用來監(jiān)測終端設備狀態(tài)，管理升級包，升級流程控制并且提供 web 端響應以及數(shù)據(jù)庫訪問。本策略中的服務端為 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語言(如 php、python 等)實現(xiàn)本文所描述的服務端功能。

服務端功能有：

• 終端消息處理
• 升級包管理
• 升級指令處理
• 終端消息處理

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

升級包管理

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

清單 2. 升級包管理代碼片段

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()); 
    } 
} 

升級指令處理

如果用戶從 web 端選擇了升級設備并且點擊了升級按鈕，服務端程序則會記錄該指令，當下一次收到終端設備的 POST 消息時，則會對指定的終端下發(fā) update 升級指令，終端收到 update 命令后執(zhí)行升級程序。升級完成之后終端會再次周期性上報其版本號，通過 web 端設備列表即可查看所有設備升級結(jié)果，做到升級流程、結(jié)果的可視化。

終端升級程序

終端升級程序由升級管理程序和升級執(zhí)行程序兩部分組成。本文所描述的升級策略先決條件是構(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行。

終端磁盤分區(qū)示例

圖 2. 終端設備磁盤分區(qū)圖

圖 2 是一個針對本策略的基本 Flash 分區(qū)示例。Flash 的總?cè)萘繛?128M，***個分區(qū)為啟動分區(qū)，用來存放啟動 Linux 系統(tǒng)的引導程序，容量 2M;第二個分區(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)鏡像文件且作為運行時用戶操作空間，容量 100M;第四個為備份分區(qū)，用來存放想要備份的內(nèi)容，以便升級完成后被拷貝到新的文件系統(tǒng)中，容量 16M;***一個為固化信息分區(qū)，用來存放設備軟件版本號、設備類型、設備 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)具體項目做相應修改。當然如果項目沒有特殊性，且硬件資源與該示例匹配，此分區(qū)方案亦可直接被沿用。

升級管理程序

升級管理程序功能如下：

• 管理軟件版本信息
• POST 設備信息給服務端
• 從服務端下載升級包
• 校驗，管理升級包
• 啟動升級執(zhí)行程序

升級管理程序隨著系統(tǒng)開機啟動且作為守護進程運行。***次運行時從宏定義中讀取軟件版本號并固化到 info 分區(qū)中，每隔一段時間從 info 分區(qū)中讀取設備類型、設備 id、軟件版本號。并將這些信息通過 HTTP POST 給服務端。服務端收到設備信息之后解析出其中的軟件版本號，并和數(shù)據(jù)庫中的***升級包版本號進行對比。如果升級包版本號高于設備版本號，則返回 download 指令以及升級包地址、升級包 MD5 碼給終端設備。

表 1. 終端設備信息消息格式

表 2. 服務端返回消息格式

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

升級管理程序收到服務端返回消息對其解析，根據(jù)不同指令做如下響應：

• 指令為 download，則根據(jù)參數(shù) 1 提供的地址下載對應的升級包到終端設備本地的 tmp 目錄中。下載完成之后取得升級包的 MD5 碼和參數(shù) 2 中的進行對比，完成升級包校驗。
• 指令為 update，則把參數(shù) 1 中的版本號和本地 tmp 目錄中的升級包版本號進行對比，如果相同才會啟動升級執(zhí)行程序進行升級。
• 指令為 latest，則證明當前終端設備的軟件版本和服務端中的***升級包版本相同，已經(jīng)是***版本，不予理會。

升級執(zhí)行程序

升級執(zhí)行程序功能如下：

• 解壓升級包
• 備份文件
• 格式化內(nèi)核、文件系統(tǒng)分區(qū)
• 加載升級包中的文件到內(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

當升級執(zhí)行程序被升級管理程序啟動之后，首先解壓升級包，并對之校驗、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。下一步進行內(nèi)核、文件系統(tǒng)分區(qū)格式化操作，此后將升級包中新版的內(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。然后自動重啟操作系統(tǒng)，啟動成功之后，將備份文件拷貝到對應的文件系統(tǒng)路徑中。此時的終端設備升級完畢，運行新版系統(tǒng)和軟件。如果升級內(nèi)容僅僅為應用程序或者配置文件，則只需進行相應文件的替換即可。

設備和服務端的交互

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

web 端

Web 端提供用戶進行升級操作的人機接口，顯示、接收、跟蹤整個升級過程。采用 JSP 編寫。其功能如下：

• 顯示設備狀態(tài)。顯示設備在線、離線狀態(tài)、設備類型、設備 id、軟件版本號。
• 升級包管理。顯示所有升級包，對已有的升級包進行修改、刪除等操作。上傳新的升級包。
• 升級操作管理。用戶可通過設備列表多選、全選設備，點擊升級按鈕生成升級指令。

總結(jié)

本文提供了一種遠程在線方式對嵌入式 Linux 設備進行批量升級的策略，升級內(nèi)容包括內(nèi)核、驅(qū)動、文件系統(tǒng)、應用程序、配置文件等。能夠快速、穩(wěn)定完成升級操作。描述了服務端程序、終端設備升級程序、web 端功能、設備和服務端交互方式，完整地展示了升級流程的細節(jié)，供開發(fā)者參考。

需要注意的是，該策略的實施過程中，需要確保升級設備具有足夠電量以保證升級程序的順利執(zhí)行。該策略僅僅提供功能性的描述，為了確保可靠性和適應更加復雜的環(huán)境，開發(fā)者需要增加雙分區(qū)啟動備份機制。此外，由于升級包存放在 tmp 目錄中，因此可支持的升級包大小受限于內(nèi)存物理空間，開發(fā)者可將升級包存放在指定磁盤分區(qū)對該功能進行優(yōu)化。