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来源 | 亚细亚的老鱼

OTA：Over-the-Air ，空中下载，也就是远程升级的意思。

现在OTA升级已经成了很多汽车电子、IoT 等嵌入式设备的必要功能，就连很多几块钱的电子产品，都具备了这个功能。

为了避免升级过程中断电、传输错误导致设备“变砖”，业内普遍采用 A/B 双分区机制。本文总结几种经典方案，并结合实际 MCU的特性，给出实现思路。

一、A/B 双分区的经典方案

1. 静态 A/B（切换入口）

• 内部 Flash 分两个完整应用区：A 和 B。

• 升级时，把新固件写到非活动区，重启后 Bootloader 根据控制标志选择启动 A 或 B。

• 优点：切换快、升级稳定。

• 缺点：需要两倍程序空间。

• 下载区 + 拷贝区

• • 当前运行 A，新固件先写入 B，重启时 Bootloader 把 B 拷贝覆盖 A，再启动。

  • 优点：兼容只需一个活动分区的旧系统。

  • 缺点：拷贝耗时，掉电恢复逻辑复杂。

• 外部 Flash A/B

• • 固件存放在外部 QSPI/OSPI Flash，Bootloader 校验后可直接 XIP 启动，或拷贝到内部。

  • 优点：突破 MCU 内部 Flash 限制。

  • 缺点：需要额外硬件。

• 差分升级（Delta Patch）

• • 只传输差分数据，在目标分区合成新固件。

  • 优点：数据量小。

  • 缺点：实现复杂，可靠性要求高。

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  二、典型内存布局

  | Boot Control Block (BCB) |  状态标志区
  |--------------------------|
  | Bootloader (保护段)    |  固定不被擦写
  |--------------------------|
  | 应用分区 A           |  App + 校验信息
  |--------------------------|
  | 应用分区 B           |  App + 校验信息

  • Bootloader：放在 MCU Boot Segment，用硬件保护。

  • BCB：存储当前激活分区、待验证分区、版本号、CRC、签名等。建议双份保存，带自校验。

  • 分区 A/B：完整固件镜像，包含入口向量表、代码、CRC/签名。

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  三、升级完整逻辑

  1. 下载阶段

  • 应用程序选择非活动区（比如当前跑 A，则写 B）。

  • 擦除目标分区 → 分块写入（对齐到 MCU 写入粒度）。

  • 写入完成后，计算 CRC/校验签名。

  • 校验通过 → 更新 BCB：标记 pending_slot = B，允许试运行。

  
  

  2. 启动阶段（Bootloader）

  1. 检查 BCB，若有待验证分区 → 优先启动它。

  2. 校验 Header、CRC、签名。

  3. 如果失败 → 回滚到旧分区。

  4. 如果通过 → 进入试运行模式。

  
  

  3. 试运行与确认

  • 新固件启动后，应用需在规定时间内完成自检（通讯、功能检查）。

  • 确认无误 → 写入健康标志，Bootloader 更新 BCB，正式切换 active_slot = B。

  • 若未确认、频繁看门狗复位 → Bootloader 自动回退 A。

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  四、关键点与注意事项

  • 原子性：BCB 更新必须双份，掉电也能恢复。

  • 写入顺序：先写数据，最后写头信息，避免“半成品”被误启动。

  • 安全性：推荐固件签名校验（如 ECDSA），公钥固化在 Bootloader 段。

  • 可靠性：升级过程必须能应对掉电、通信中断。

  • 试运行保护：通过看门狗 + 健康标志，确保只有稳定固件才能“转正”。

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  五、应用场景

  • 汽车 ECU：动力、空调压缩机等对可靠性极高的场景。

  • IoT 网关：要求远程批量更新，但不能因单台设备失败而中断服务。

  • 工业控制：现场无法人工介入时，A/B 机制能避免停机风险。

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  六、总结

  A/B 双分区 OTA 升级的核心是：

  • 双镜像存储 → 确保一份固件始终可用；

  • Bootloader 决策 → 负责校验、选择、回退；

  • 应用自确认 → 确保新固件可稳定运行。

  这套机制被广泛应用于汽车电子和物联网设备，是目前最可靠的 OTA 设计之一。

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