[发明专利]一种基于MQTT通讯协议的单片机固件升级通讯方法

说明书

本发明涉及一种基于MQTT通讯协议的单片机固件升级通讯方法，包括上位机、MQTT服务器及物联网设备，其中，MQTT服务器位于云端，上位机和物联网设备均为MQTT客户端，上位机和物联网设备之间通过MQTT服务器交互Json数据。本发明提供了MQTT低服务质量(0或1)下的空中下载固件升级方法，克服通讯过程中漏包和重发包对固件传输的影响；本发明对MQTT服务端资源占用低，服务质量要求低，对双方的网络通讯的质量要求低；本发明中，数据核对的冗余计算由上位机承担，对单片机的性能和ROM要求低，固件下载过程由单片机主导，耦合性低。

技术领域

本发明涉及一种基于MQTT通讯协议的单片机空中下载固件升级方法。

背景技术

物联网是一个通过信息技术将各种物体连接成网络以帮助人们获取这些物体的信息的媒介，其已被广泛应用到智能物流、智能交通、金融管理等各个领域。大量的低成本物联网设备采用低价低性能的单片机作为中央处理器，其常用的通讯协议为MQTT，单片机的空中下载固件升级(firmware update Over The Air)是一个重要的功能。

MQTT(消息队列遥测传输)是ISO标准(ISO/IEC PRF 20922)下基于发布/订阅范式的消息协议。它工作在TCP/IP协议族上，是为硬件性能低下的远程设备以及网络状况糟糕的情况下而设计的发布/订阅型消息协议。

MQTT协议是为大量计算能力有限且工作在低带宽、不可靠的网络的远程传感器和控制设备通讯而设计的协议，它具有以下主要的几项特性：

特性一)使用发布/订阅消息模式，提供一对多的消息发布，解除应用程序耦合。

特性二)对负载内容屏蔽的消息传输。

特性三)使用TCP/IP提供网络连接。

特性四)有三种消息发布服务质量，分别为：

0：“至多一次”，消息发布完全依赖底层TCP/IP网络。会发生消息丢失或重复。这一级别可用于如下情况，环境传感器数据，丢失一次读记录无所谓，因为不久后还会有第二次发送。

1：“至少一次”，确保消息到达，但消息重复可能会发生。

2：“只有一次”，确保消息到达一次。这一级别可用于如下情况：在计费系统中，消息重复或丢失会导致不正确的结果。

特性五)小型传输，开销很小(固定长度的头部是2字节)，协议交换最小化，以降低网络流量。

特性六)使用Last Will和Testament特性通知有关各方客户端异常中断的机制。

单片机固件升级其实就是IAP(In Application Programming)应用编程，一般包含两个程序：Bootloader程序和APP程序。

通常在用户需要实现IAP功能时，即用户程序运行中作自身的更新操作，需要在设计固件程序时编写两个项目代码：第一个项目程序不执行正常的功能操作，而只是通过某种通信管道(如USB、USART)接收程序或数据，执行对第二个项目代码的更新；第二个项目代码才是真正的功能代码。这两部分项目代码都同时烧录在User Flash中，当芯片上电后，首先是第一个项目代码开始运行，它作如下操作：

步骤1、检查是否需要对第二个项目代码进行更新，若不需要更新则转到步骤3，若需要更新则转到步骤2；

步骤2、执行更新操作后转动步骤3；

步骤3、跳转到第二个项目代码执行。

第一个项目程序代码必须通过其它手段，如JTAG或ISP烧入；第二个项目代码可以使用第一个项目程序代码IAP功能烧入，也可以和第一个项目程序代码一道烧入，以后需要程序更新时再通过第一个项目程序IAP代码更新。