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ESP HTTPS OTA 升级

docs/zh_CN/api-reference/system/esp_https_ota.rst

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Original Source

ESP HTTPS OTA 升级

:link_to_translation:en:[English]

概述

esp_https_ota 是现有 OTA(空中升级)API 的抽象层,其中提供了简化的 API,能够通过 HTTPS 升级固件。

.. code-block:: c

    esp_err_t do_firmware_upgrade()
    {
        esp_http_client_config_t config = {
            .url = CONFIG_FIRMWARE_UPGRADE_URL,
            .cert_pem = (char *)server_cert_pem_start,
        };
        esp_https_ota_config_t ota_config = {
            .http_config = &config,
        };
        esp_err_t ret = esp_https_ota(&ota_config);
        if (ret == ESP_OK) {
            esp_restart();
        } else {
            return ESP_FAIL;
        }
        return ESP_OK;
    }

服务器验证

验证服务器时,应将 PEM 格式的根证书提供给 :cpp:member:esp_http_client_config_t::cert_pem 成员。如需了解有关服务器验证的更多信息,请参阅 :ref:esp_tls_server_verification

.. note::

应使用服务器端点的 **根** 证书应用于验证,而不能使用证书链中的任何中间证书,因为根证书有效期最长,且通常长时间维持不变。用户还可以通过 :cpp:member:`esp_http_client_config_t::crt_bundle_attach` 成员使用 ``ESP x509 证书包`` 功能进行验证,其中涵盖了大多数受信任的根证书。

通过 HTTPS 分段下载镜像

要使用分段镜像下载功能,需要:

  • 启用组件级配置:在 menuconfig 中启用 :ref:CONFIG_ESP_HTTPS_OTA_ENABLE_PARTIAL_DOWNLOAD in menuconfig (Component configESP HTTPS OTAEnable partial HTTP download for OTA)

  • 在应用程序中启用该功能:在 :cpp:struct:esp_https_ota_config_t 配置结构中设置 partial_http_download 字段

启用该配置后,固件镜像将通过多个指定大小的 HTTP 请求进行下载。通过将 max_http_request_size 设置为所需值,即可指定每个请求的最大内容长度。

在从 AWS S3 等服务获取镜像时,这一选项非常有用。在启用该选项时,可以将 mbedTLS Rx 的 buffer 大小(即 :ref:CONFIG_MBEDTLS_SSL_IN_CONTENT_LEN)设置为较小的值。不启用此配置时,无法将其设置为较小值。

mbedTLS Rx buffer 的默认大小为 16 KB,但如果将 partial_http_downloadmax_http_request_size 设置为 4 KB,便能将 mbedTLS Rx 的 buffer 减小到 4 KB。使用这一配置方式预计可以节省约 12 KB 内存。

.. note:: 如果服务器使用分块传输编码,则无法进行部分下载,因为无法预先获知总内容长度。

OTA 恢复

在 :cpp:struct:esp_https_ota_config_t 中启用 ota_resumption 配置,即可使用 OTA 恢复功能。启用此功能后,先前失败的 OTA 镜像下载便可以从中断处继续,无需重新开始整个 OTA 过程。此功能是基于 HTTP 的部分范围请求功能实现的。

要指定镜像下载的续传位置,需要在 :cpp:struct:esp_https_ota_config_t 中设置 ota_image_bytes_written 字段。此字段的值表示在上一次尝试过程中已写入到 OTA 分区的字节数。

如需了解更多,请参阅示例::example:system/ota/advanced_https_ota,该示例演示了 OTA 恢复功能。在此示例中, OTA 的中断状态保存在 NVS 中,从而使 OTA 过程能够从上次保存的状态中无缝恢复,并继续下载。

签名验证

要进一步提升安全性,还可以验证 OTA 固件镜像的签名。更多内容请参考 :ref:secure-ota-updates

.. _ota_updates_pre-encrypted-firmware:

使用预加密固件进行 OTA 升级

预加密固件完全独立于 :doc:../../security/flash-encryption 方案,主要原因如下:

  • flash 加密方案推荐各个设备使用在内部生成的唯一加密密钥,因此在 OTA 更新服务器上预加密固件并不可行。

  • flash 加密方案依赖 flash 偏移,会基于不同的 flash 偏移量生成不同的密文,因此根据分区槽(如 ota_0ota_1 等)来管理不同的 OTA 更新镜像较为困难。

  • 即使设备未启用 flash 加密,仍可能要求进行 OTA 的固件镜像保持加密。

无论底层传输安全性如何,预加密固件的分发都能确保固件镜像在从服务器到设备的 传输过程中 保持加密状态。首先,预加密软件层在设备上通过网络接收并解密固件,然后使用平台 flash 加密(如果已启用)重新加密内容,最后写入 flash。

设计 ^^^^

预加密固件是一种 传输安全方案,用于确保固件镜像在从 OTA 服务器传输到设备的过程中始终处于加密状态(与底层传输安全无关)。这种方案与 :doc:../../security/flash-encryption 在多个关键方面有所不同:

  • 密钥管理:使用外部管理的加密密钥,而不是每个设备内部生成的唯一密钥
  • 独立于 flash 偏移:无论固件烧录在哪个 flash 分区(ota_0ota_1 等),生成的密文内容一致
  • 传输保护:在固件传输过程中提供加密保护,不涉及设备本地存储安全

重要安全提示:预加密固件本身不提供设备级安全保护。固件被接收后在设备上解密,并按设备的 flash 加密配置存储。如需设备级安全措施,需另外启用 flash 加密功能。

该功能由 esp_encrypted_img <https://github.com/espressif/idf-extra-components/tree/master/esp_encrypted_img>_ 组件实现,该组件通过解密回调 (:cpp:member:esp_https_ota_config_t::decrypt_cb) 机制集成在 OTA 更新框架中。

有关镜像格式、密钥生成及实现细节的详细信息,请参阅 esp_encrypted_img 组件文档 <https://github.com/espressif/idf-extra-components/tree/master/esp_encrypted_img>_。

OTA 系统事件

ESP HTTPS OTA 过程中可能发生各种系统事件。当特定事件发生时,会由 :doc:../system/esp_event 触发处理程序。此处理程序必须使用 :cpp:func:esp_event_handler_register 注册。这有助于 ESP HTTPS OTA 进行事件处理。

:cpp:enum:esp_https_ota_event_t 中包含了使用 ESP HTTPS OTA 升级时可能发生的所有事件。

事件处理程序示例 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^

.. code-block:: c

    /* 用于捕获系统事件的事件处理程序 */
    static void event_handler(void* arg, esp_event_base_t event_base,
                            int32_t event_id, void* event_data)
    {
        if (event_base == ESP_HTTPS_OTA_EVENT) {
            switch (event_id) {
                case ESP_HTTPS_OTA_START:
                    ESP_LOGI(TAG, "OTA started");
                    break;
                case ESP_HTTPS_OTA_CONNECTED:
                    ESP_LOGI(TAG, "Connected to server");
                    break;
                case ESP_HTTPS_OTA_GET_IMG_DESC:
                    ESP_LOGI(TAG, "Reading Image Description");
                    break;
                case ESP_HTTPS_OTA_VERIFY_CHIP_ID:
                    ESP_LOGI(TAG, "Verifying chip id of new image: %d", *(esp_chip_id_t *)event_data);
                    break;
                case ESP_HTTPS_OTA_VERIFY_CHIP_REVISION:
                    ESP_LOGI(TAG, "Verifying chip revision of new image: %d", *(uint16_t *)event_data);
                    break;
                case ESP_HTTPS_OTA_DECRYPT_CB:
                    ESP_LOGI(TAG, "Callback to decrypt function");
                    break;
                case ESP_HTTPS_OTA_WRITE_FLASH:
                    ESP_LOGD(TAG, "Writing to flash: %d written", *(int *)event_data);
                    break;
                case ESP_HTTPS_OTA_UPDATE_BOOT_PARTITION:
                    ESP_LOGI(TAG, "Boot partition updated. Next Partition: %d", *(esp_partition_subtype_t *)event_data);
                    break;
                case ESP_HTTPS_OTA_FINISH:
                    ESP_LOGI(TAG, "OTA finish");
                    break;
                case ESP_HTTPS_OTA_ABORT:
                    ESP_LOGI(TAG, "OTA abort");
                    break;
            }
        }
    }

系统事件循环中,不同 ESP HTTPS OTA 事件的预期数据类型如下所示:

- ESP_HTTPS_OTA_START                     : ``NULL``
- ESP_HTTPS_OTA_CONNECTED                 : ``NULL``
- ESP_HTTPS_OTA_GET_IMG_DESC              : ``NULL``
- ESP_HTTPS_OTA_VERIFY_CHIP_ID            : ``esp_chip_id_t``
- ESP_HTTPS_OTA_VERIFY_CHIP_REVISION      : ``uint16_t``
- ESP_HTTPS_OTA_DECRYPT_CB                : ``NULL``
- ESP_HTTPS_OTA_WRITE_FLASH               : ``int``
- ESP_HTTPS_OTA_UPDATE_BOOT_PARTITION     : ``esp_partition_subtype_t``
- ESP_HTTPS_OTA_FINISH                    : ``NULL``
- ESP_HTTPS_OTA_ABORT                     : ``NULL``

应用示例

  • :example:system/ota/advanced_https_ota 演示了如何在 {IDF_TARGET_NAME} 上使用 esp_https_ota 组件的 API 来使用 HTTPS OTA 更新功能。关于该示例适用的芯片,请参考 :example_file:system/ota/advanced_https_ota/README.md

  • :example:system/ota/partitions_ota 演示了如何使用 esp_https_ota 组件的 API 对多个分区(应用、引导加载程序、分区表、存储)进行 OTA 更新。

  • :example:system/ota/simple_ota_example 演示了如何使用 esp_https_ota 组件的 API,通过特定的网络接口,如以太网或 Wi-Fi Station,在 {IDF_TARGET_NAME} 上进行固件升级。关于该示例适用的芯片,请参考 :example_file:system/ota/simple_ota_example/README.md

API 参考

.. include-build-file:: inc/esp_https_ota.inc