2.5 镜像分割

镜像分割机制将一个目标分成两个独立的镜像：一个能够执行镜像升级；另一个镜像包含应用代码。通过将升级功能隔离到一个单独的镜像中，应用程序在支持无线升级的同时而无需将flash空间用于网络协议栈和管理代码。

2.5.1 概念

Mynewt支持3个镜像设置：

设置 描述
Single 一个大的镜像，不只是升级
Unified 两个单独的镜像
Split 内核在镜像槽0，应用在镜像槽1

每一个设置都有其平衡，独立设置将保证能够最大限度使用flash空间，但是却不允许升级。统一设置允许完整的备份，以便上传镜像有异常，在每个镜像中有大量的冗余，限制了应用程序可用的flash数量。通过分割设置则介于这两个选项之间。

在探索分割设置之前，对Mynewt的引导顺序有一个基础的了解将会有比较大的帮助。

  • 启动顺序——Single

独立设置下，没有bootloader。从而，镜像从地址0开始。硬件直接从镜像代码开始。由于没有bootloader，不能交换镜像，故而此种模式下不能支持升级。

  • 启动顺序——Unified

在统一设置下，bootloader放置到地址0。启动时，优先启动bootloader，bootloader将从两个镜像中决定启动哪个镜像。

  • 启动顺序——Split

分割设置与以上两种设置不同，一个目标并不包含一个完整的镜像。目标被分为两个分离的镜像：一个加载程序，一个应用程序。

  1. Loader：Mynewt OS；网络协议栈用于连接，如BLE协议栈；任何需要用于升级镜像的组件。
  2. Application：Mynewt中不需要用于镜像升级的部分；应用特定代码。

loader镜像出于三个用途：

  1. 二阶bootloader，启动时跳转到应用程序镜像；
  2. 镜像升级服务器：用户可以升级一个新的加载器+应用，即使当前的应用程序镜像并没有运行；
  3. 功能容器：应用程序镜像可以直接访问loader镜像中的所有代码，保证整个程序功能完整。

从bootloader的角度看，loader镜像与普通镜像是相同的。Loader镜像的不同点在于，其启动顺序有改变：启动Mynewt OS之后，如果镜像槽1有应用将会跳转到应用程序镜像。

2.5.2 示例

本节将以dwm1001来进行说明，参考flash map（hw/bsp/dwm1001/bsp.yml），合计512KB：

名称 偏移 大小（kB）
Bootloader 0x00000000 16
Reboot log 0x00004000 16
Image slot 0 0x00008000 232
Image slot 1 0x00042000 232
Image SCRATCH 0x0007C000 4
Flash文件系统NFFS 0x0007D000 12

当目标构建后，可以通过newt size target-name命令来查看代码大小。

  1. $newt size dwm1001_boot
  2. Size of Application Image: app
  3.   FLASH     RAM 
  4.      25     216 *fill*
  5.      42       0 apps_boot.a
  6.    2385    4004 boot_bootutil.a
  7.    1220       0 crypto_mbedtls.a
  8.     558     508 hw_bsp_dwm1001.a
  9.      44       0 hw_cmsis-core.a
  10.     272       0 hw_drivers_uart_uart_hal.a
  11.     342       0 hw_hal.a
  12.    3210     128 hw_mcu_nordic_nrf52xxx.a
  13.     498     120 kernel_os.a
  14.     434      32 libc_baselibc.a
  15.     472     128 sys_flash_map.a
  16.     316      12 sys_mfg.a
  17.       6       4 sys_sysinit.a
  18.      72       0 dwm1001_boot-sysinit-app.a
  20. objsize
  21.    text       data        bss        dec        hex    filename
  22.    9896         60       4660      14616       3918    /home/me/work/mynewt-dw1000-apps/bin/targets/dwm1001_boot/app/apps/boot/boot.elf

由于是一个简单应用，boot镜像大小约9KB，而一个镜像槽大小为232KB，还是有比较大的可用空间。

当然，这只是单纯的应用程序，对于镜像分割设置，需要在target中设置loader变量，应用使用apps/splitty，该应用为一个分割示例应用，可以与slinky结合构成一个应用。

  1. newt target create split-dwm1001
  2. newt target set split-dwm1001                       \
  3.     loader=@apache-mynewt-core/apps/bleprph         \
  4.     app=@apache-mynewt-core/apps/splitty            \
  5.     bsp=@mynewt-dw1000-core/hw/bsp/dwm1001          \
  6.     build_profile=optimized                         \
  7.     syscfg=BLE_LL_CFG_FEAT_LE_ENCRYPTION=0:BLE_SM_LEGACY=0

构建此目标。（若直接使用官方的包，bsp.part2linkerscript: “hw/bsp/dwm1001/split-nrf52-thingy.ld” 需要更改为 split-nrf52.ld，否则将会出错，此问题已经提交若已经修正，则无需修改）

构建好之后，查看镜像的大小：

  1. $newt size split-dwm1001
  2. Size of Application Image: app
  3.   FLASH     RAM 
  4.      38   14778 *fill*
  5.     580    1456 apps_splitty.a
  6.      20       0 boot_split_app.a
  7.     172     432 hw_bsp_dwm1001.a
  8.     110      32 mgmt_newtmgr_transport_nmgr_shell.a
  9.    5168     786 sys_shell.a
  10.      98       0 split-dwm1001-sysinit-app.a
  12. objsize
  13.    text       data        bss        dec        hex    filename
  14.    6152          4      17080      23236       5ac4    /home/ronios/work/mynewt-dw1000-apps/bin/targets/split-dwm1001/app/apps/splitty/splitty.elf
  15. Size of Loader Image: loader
  16.   FLASH     RAM 
  17.     282     282 *fill*
  18.      72       0 split-dwm1001-sysinit-app.a
  19.      90       0 split-dwm1001-sysinit-loader.a
  20.  ... ...
  22. objsize
  23.    text       data        bss        dec        hex    filename
  24.  126780        924      13884     141588      22914    /home/ronios/work/mynewt-dw1000-apps/bin/targets/split-dwm1001/loader/apps/bleprph/bleprph.elf

可以看到生成的目标分为了两个部分，一个为应用镜像app，另一个为Loader镜像loader，整个镜像loader部分为127KB左右，而应用程序镜像仅6KB左右。

  1. $newt create-image split-dwm1001 1.0.0
  2. $newt load split-dwm1001 0
  3. Loading app image into slot 1
  4. Loading loader image into slot 0

创建镜像，并将分割后的镜像部署到DWM1001上，可以看到加载过程：将app镜像加载到slot 2,loader镜像加载到slot 1.

2.5.3 镜像升级

Unified模式镜像升级

  1. 上传新镜像到slot 1，（newtmgr image upload filename）
  2. 告诉设备在下次启动时测试镜像（newtmgr image test image-hash）
  3. 重启设备（newtmgr reset）
  4. 镜像可用，将镜像确认替换（newtmgr image confirm）

分割模式镜像升级

使用分割模式后，镜像的升级流程将会有些复杂。因为需要更新两个镜像（app和loader），而不能仅仅更新一个，流程如下：

  1. 禁止split功能，以便slot 1中的应用镜像失效（newtmgr image test current-loader-hash）

  2. 重启设备（newtmgr reset）

    说明：由于loader中包含了newtmgr相关功能，依然正常启动

  3. 确认以上修改（newtmgr image confirm）

  4. 上传新的loader到slot 1（newtmgr image upload new-loader）

  5. 告诉设备使用新的loader启动（newtmgr image test new-loader-hash）

  6. 重启设备（newtmgr reset）

    说明：此时重启后，并没有应用程序，若新loader有问题，也是可以以之前的loader启动，依然可以更新、上传代码，不会”成砖“

  7. 确认以上loader（newtmgr image confirm）

    说明：确认之后，新loader在slot 0中，旧的loader在slot 1

  8. 上传新的应用到slot 1（newtmgr image upload new-app）

  9. 下次启动时测试新的应用（newtmgr image test new-application-hash）

  10. 重启设备（newtmgr reset）

  11. 确认应用程序更改（newtmgr image confirm）

当流程完成后，可以使用image list进行确认镜像状态。

理论上，若在项目构建中loader部分未更新，是否可只用更新应用程序部分代码？即执行8/9/10/11，待验证。

2.5.4 补充

Loader项目

官方提供了一下两个应用程序作为loader，可以参考这个两个应用编写自己的loader应用。

  • @apache-mynewt-core/apps/slinky
  • @apache-mynewt-core/apps/bleprph

分割应用项目

以下两个应用程序被用作分割应用，若需要构建自己的分割应用程序，可以此为参考。需要注意，在slinky中即可以作为loader镜像，也可以作为应用镜像。

  • @apache-mynewt-core/apps/slinky
  • @apache-mynewt-core/apps/splitty

镜像分割原理

首先，newt将应用与loader分开构建，以确保它们是正确的，从而生成elf文件（两个文件），通过该文件newt可以知道每个部分使用的符号。

然后，newt以两种方式收集应用和loader所使用的symbols。它从.elf文件中收集一组符号，同时也从应用的.a文件中收集所有可能的symbols。

然后，收集Newt构建时两个应用程序公用的一整套包，确保在这些包中使用的符号都是匹配的。（注意：由于一些特性和#ifdefs，两个包有可能具有不相同的symbols，这种情况下，newt将会产生错误，建立分割镜像失败，不会建立）

通过这些包中共享的符号列表，newt创建了两个应用程序。接下来newt重新链接loader，以确保包含了loader应用中用到的所有符号（强制链接器从.elf文件中包含）。

newt建立了一个特殊loader.elf副本，仅仅包含了使用的符号。

最终，newt将这些应用程序连接起来，在镜像连接过程中，使用特殊loader.elf中的符号替换通用.a文件中的符号。

  1. $newt create-image split-dwm1001 1.0.0
  2. Compiling bin/targets/split-dwm1001/generated/src/split-dwm1001-sysflash.c
  3. Compiling bin/targets/split-dwm1001/generated/src/split-dwm1001-sysinit-app.c
  4. Compiling bin/targets/split-dwm1001/generated/src/split-dwm1001-sysinit-loader.c
  5. Archiving split-dwm1001-sysinit-app.a  #应用静态链接库文件
  6. Linking /home/ronios/work/mynewt-dw1000-apps/bin/targets/split-dwm1001/app/apps/splitty/splitty_tmp.elf  #临时.elf副本
  8. Compiling bin/targets/split-dwm1001/generated/src/split-dwm1001-sysinit-app.c
  9. Compiling bin/targets/split-dwm1001/generated/src/split-dwm1001-sysinit-loader.c
  10. Compiling bin/targets/split-dwm1001/generated/src/split-dwm1001-sysflash.c
  11. Archiving split-dwm1001-sysinit-loader.a      #loader静态链接库文件
  12. Linking /home/ronios/work/mynewt-dw1000-apps/bin/targets/split-dwm1001/loader/apps/bleprph/bleprph_tmp.elf   #临时.elf副本
  13. Linking /home/ronios/work/mynewt-dw1000-apps/bin/targets/split-dwm1001/loader/apps/bleprph/bleprph.elf
  14. #生成最终的img文件
  15. Generating ROM elf 
  16. Linking /home/ronios/work/mynewt-dw1000-apps/bin/targets/split-dwm1001/app/apps/splitty/splitty.elf
  17. App image succesfully generated: /home/ronios/work/mynewt-dw1000-apps/bin/targets/split-dwm1001/loader/apps/bleprph/bleprph.img
  18. App image succesfully generated: /home/ronios/work/mynewt-dw1000-apps/bin/targets/split-dwm1001/app/apps/splitty/splitty.img