在嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域，隨著產(chǎn)品功能的不斷迭代和更新，固件升級成為了一項(xiàng)至關(guān)重要的任務(wù)。傳統(tǒng)的全量升級方式雖然直接有效，但在面對大量設(shè)備、大體積固件以及有限帶寬的情況下，其效率和成本問題日益凸顯。為此，差分升級（Delta OTA）技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，它通過僅傳輸新舊固件之間的差異部分，顯著提高了升級效率，降低了帶寬占用。本文將深入解析嵌入式系統(tǒng)固件差分升級技術(shù)，包括其原理、優(yōu)勢、實(shí)現(xiàn)步驟以及實(shí)際代碼示例。

一、差分升級技術(shù)原理

差分升級技術(shù)的核心在于比較新舊固件之間的差異，并將這些差異部分生成一個(gè)差分包（Delta Package）。在設(shè)備端接收到差分包后，利用差分算法將差分包應(yīng)用到舊固件上，從而生成新的固件。這一過程類似于文件系統(tǒng)的增量備份和恢復(fù)，但針對的是整個(gè)固件。

二、差分升級技術(shù)的優(yōu)勢

提高升級效率：由于只傳輸差異部分，差分升級顯著減少了傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，從而提高了升級速度。

降低帶寬占用：對于大規(guī)模設(shè)備部署場景，差分升級能夠顯著降低對網(wǎng)絡(luò)帶寬的需求。

減少存儲空間占用：在設(shè)備端，差分升級只需存儲差分包，而不需要完整的新固件，從而節(jié)省了存儲空間。

三、差分升級技術(shù)的實(shí)現(xiàn)步驟

生成差分包：

使用差分算法比較新舊固件，生成差分包。

差分算法可以選擇BSDiff、XDelta等成熟算法。

傳輸差分包：

將生成的差分包通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)皆O(shè)備端。

應(yīng)用差分包：

設(shè)備端接收到差分包后，利用差分算法將差分包應(yīng)用到舊固件上，生成新固件。

在應(yīng)用差分包之前，通常需要進(jìn)行完整性校驗(yàn)，以確保差分包未被篡改。

四、差分升級技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用

以基于STM32單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)為例，我們可以使用BSDiff算法生成差分包，并在設(shè)備端使用BSDiff算法應(yīng)用差分包。以下是一個(gè)簡化的代碼示例：

c

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

#include <string.h>

#include "bsdiff.h"

// 假設(shè)old_firmware和new_firmware分別為舊固件和新固件的文件路徑

// delta_firmware為生成的差分包文件路徑

void generate_delta(const char *old_firmware, const char *new_firmware, const char *delta_firmware) {

   FILE *old_file = fopen(old_firmware, "rb");

   FILE *new_file = fopen(new_firmware, "rb");

   FILE *delta_file = fopen(delta_firmware, "wb");

   if (!old_file || !new_file || !delta_file) {

       perror("Failed to open files");

       exit(EXIT_FAILURE);

   }

   fseek(old_file, 0, SEEK_END);

   long old_size = ftell(old_file);

   fseek(old_file, 0, SEEK_SET);

   fseek(new_file, 0, SEEK_END);

   long new_size = ftell(new_file);

   fseek(new_file, 0, SEEK_SET);

   void *old_data = malloc(old_size);

   void *new_data = malloc(new_size);

   if (!old_data || !new_data) {

       perror("Failed to allocate memory");

       exit(EXIT_FAILURE);

   }

   fread(old_data, 1, old_size, old_file);

   fread(new_data, 1, new_size, new_file);

   bsdiff(old_data, old_size, new_data, new_size, delta_file);

   free(old_data);

   free(new_data);

   fclose(old_file);

   fclose(new_file);

   fclose(delta_file);

}

// 假設(shè)delta_firmware為接收到的差分包文件路徑

// old_firmware為設(shè)備端存儲的舊固件文件路徑

// new_firmware為升級后的新固件文件路徑

void apply_delta(const char *old_firmware, const char *delta_firmware, const char *new_firmware) {

   FILE *old_file = fopen(old_firmware, "rb");

   FILE *delta_file = fopen(delta_firmware, "rb");

   FILE *new_file = fopen(new_firmware, "wb");

   if (!old_file || !delta_file || !new_file) {

       perror("Failed to open files");

       exit(EXIT_FAILURE);

   }

   fseek(old_file, 0, SEEK_END);

   long old_size = ftell(old_file);

   fseek(old_file, 0, SEEK_SET);

   void *old_data = malloc(old_size);

   fread(old_data, 1, old_size, old_file);

   bspatch(old_data, old_size, delta_file, new_file);

   free(old_data);

   fclose(old_file);

   fclose(delta_file);

   fclose(new_file);

}

int main() {

   const char *old_firmware = "old_firmware.bin";

   const char *new_firmware = "new_firmware.bin";

   const char *delta_firmware = "delta_firmware.bin";

   generate_delta(old_firmware, new_firmware, delta_firmware);

   apply_delta(old_firmware, delta_firmware, new_firmware);

   printf("Delta OTA completed successfully\n");

   return 0;

}

在這個(gè)示例中，generate_delta函數(shù)用于生成差分包，而apply_delta函數(shù)用于在設(shè)備端應(yīng)用差分包。需要注意的是，這只是一個(gè)簡化的示例，實(shí)際應(yīng)用中還需要考慮文件校驗(yàn)、錯(cuò)誤處理以及網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)燃?xì)節(jié)。

五、結(jié)論

差分升級技術(shù)通過僅傳輸新舊固件之間的差異部分，顯著提高了升級效率，降低了帶寬占用和存儲空間占用。在嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域，差分升級技術(shù)已經(jīng)成為固件升級的主流方式之一。未來，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，差分升級技術(shù)將發(fā)揮更加重要的作用。