FOTA升级技术进阶：文件系统直写与串口分段传输方案详解

为应对嵌入式设备FOTA升级中存储资源紧张、网络环境复杂的问题，文件系统直接升级与串口分段升级技术应运而生。文件系统直接升级通过直接操作文件系统节点，避免冗余数据缓存，提升升级效率；串口分段升级则以分段传输+校验机制，保障弱网环境下的升级成功率。本文将系统解析两种技术的核心原理、实现步骤及适配场景，为开发者提供FOTA升级的进阶实践指南。

FOTA（Firmware Over-The-Air）是固件远程升级的简称，用于设备固件的远程更新和维护。

LuatOS提供了灵活的FOTA升级方案，支持通过文件系统直接升级和串口分段升级，可以满足不同场景下的固件更新需求；支持灵活的存储位置配置，可以使用内部存储或外部SPI Flash进行固件升级，同时提供了完整的升级流程控制和状态查询功能。

主要优势包括：

• 远程维护：无需现场操作即可完成设备固件更新；

• 故障修复：快速修复已部署设备的软件缺陷；

• 功能升级：为设备增加新功能，提升产品价值；

• 成本节约：大幅降低设备维护和升级成本；

• 安全保障：支持完整性校验，确保升级过程安全可靠。

本文将以低功耗模组Air780EPM系列开发板为例，分享FOTA应用示例要点。

一、升级包制作

LuatOS开发模式下，固件分为两部分：

core：底层固件；

script：用户脚本；

远程升级时可以仅升级script，也可以同时升级core+script，这为迭代和维护提供了极大的便利。

关于全量升级和差分升级说明如下：

仅script脚本升级时：对于Air780EXX系列、Air8000系列、Air8101系列是全量升级。

core+script都升级时：对于Air780EXX系列、Air8000系列是差分升级；对于Air8101系列是全量升级。

升级包制作详见：https://docs.openluat.com/air780epm/luatos/app/ota/fota_core/

▼ 全量升级包 ▼

仅script升级时，升级包制作说明如下：

如果只是新增一些自己的脚本逻辑，没有更新底层，可以选择仅脚本升级；

更新完自己脚本后，修改版本号，点击生成量产文件，生成的量产文件中以.bin结尾的就是仅脚本升级的升级包。

▼ 差分升级包 ▼

core+script都升级时，升级包制作说明如下：

每一次core的升级都会带来一些网络上的优化（例如信号差时的网络稳定性）以及一些bug修复，所以在发布新版本以后，用户可以先测试下core对自己脚本有无明显影响或性能提升，然后进行远程FOTA。

对于含core升级的话需要制作差分包，原始版本生成一次量产文件，新版本生成一次量产文件。

针对这两个量产文件，制作一个差分文件：点击到Luatools的主界面，依次点击下方图中蓝框所示意的地方。

特别注意：必须使用luatools_3.0.9及其以上版本，要不差分包升级的时候可能会出问题。

按下图所示选择旧版本以及新版本的固件，然后点击开始执行即可；如果不想输出的差分包在Luatools根目录下，可以自行选择一个输出路径；在你选择的目录下看，新生成的.bin文件就是升级差分包。

二、FOTA升级示例demo

本demo演示的核心功能为，基于Air780EPM的两种FOTA升级方式：

文件系统直接升级：通过模组文件系统中的文件直接升级，代码演示通过Luatools的烧录文件系统功能将升级包文件直接烧录到文件系统然后升级。

分段升级：通过串口将升级包文件分多个片段发送，每个片段接收并写入，代码演示使用USB虚拟串口分段写入升级包升级。

适用场景：非标准数据传输 -> 串口、TCP、MQTT等自定义通道升级；流程精细控制 -> 需要自定义升级前后处理逻辑。

两种FOTA升级测试要点如下：

▼ 文件系统直接升级 ▼

1）核心代码实现

fota_file.lua核心测试代码如下，完整demo详见源码仓库最新文件。

2）文件系统升级操作步骤

参考实操教程搭建好演示硬件环境；

修改配置：在main.lua中取消require("fota_file") 的注释，注释掉require("fota_uart")；

制作升级包：按照第一章节，使用Luatools制作升级包；

烧录文件：

使用Luatools烧录内核固件和脚本代码，通过"烧录文件系统"功能将升级包文件烧录到设备中；

自动升级：设备启动后会自动检测并执行升级流程。

注意："烧录文件系统"功能使用

将制作好的升级包修改名字为update.bin，然后放到一个空文件夹中，在Luatools的"烧录文件系统"功能栏中选中这个文件夹，点击下载即可；烧录成功后，update.bin会在文件系统根目录下，路径为"/update.bin"。

3）查看运行日志

开始升级，读取文件系统目录下的升级包文件/update.bin；

FOTA初始化 → 底层就绪 → 文件写入 → MD5校验通过；

升级完成，版本验证成功；

设备自动重启；

新版本1.0.1正常运行，新增日志确认升级成功。

如下图示：文件系统FOTA升级完全成功，版本从1.0.0升级到1.0.1。

▼ 串口分段升级 ▼

1）核心代码实现

fota_uart.lua核心测试代码如下，完整demo详见源码仓库最新文件。

2）串口升级操作步骤

• 参考实操教程搭建好演示硬件环境；

• 修改demo脚本代码：确保main.lua中已注释 require("fota_file")，取消require("fota_uart") 的注释；

• 制作升级包：按照第一章节，使用Luatools制作升级包；将制作好的升级包放在main.py同级目录下；

• 烧录文件：Luatools烧录内核固件和修改前的demo脚本代码，烧录成功后，自动开机运行；

通过串口升级：确认设备连接到电脑的串口（虚拟USB串口）；按一下板上的Powerkey键，然后运行Python脚本发送升级包；脚本会自动寻找设备虚拟串口，发送升级命令并传输fota_uart.bin文件；设备接收并验证升级包，升级成功后会自动重启。

3）查看运行日志

• USB虚拟串口连接，收到#FOTA起始指令；

• 开始分段接收升级包，每次256字节，累计5751字节；

• 所有数据包写入成功，MD5校验通过；

• 升级完成，重启；

• 重启后新版本1.0.2运行，新增日志确认升级成功。

如下图示：串口FOTA升级完全成功，版本从1.0.0升级到1.0.2。

今天的内容就分享到这里了~