【瑞芯微平台实时Linux方案系列】第十六篇 - 瑞芯微平台实时Linux系统备份与升级方案-程序员充电站

一、简介：边缘场景“升级”=“生命线”

无人值守：电网塔、高速龙门架、矿山井下，升级失败 = 派人爬塔，成本 > 1 万元/次。
实时性不能丢：升级过程若破坏 RT 内核或 rootfs，机械臂抖动 ≥ 5 ms → 废品率飙升。
合规要求：GB/T 25000 安全更新、IEC 61508 生命周期管理，均需“可回滚 + 原子性”。

掌握“镜像备份 + 增量升级 + AB 分区 + 回滚”全流程，让你的瑞芯微实时 Linux 产品一次升级成功，失败自动回家。

二、核心概念：5 个关键词先搞懂

名词	一句话	本文出现场景
AB 分区	两套 rootfs + kernel，升级时切换，失败回滚	升级策略核心
OTA 包	增量或全量镜像压缩包，网络下发	文件后缀`.swu`
SWUpdate	开源升级框架，支持原子、增量、签名	命令行`swupdate`
原子性	写镜像过程断电，仍保持旧系统可启动	通过 image-checksum + 双备份实现
回滚	新系统 3 次启动失败，自动回到旧版本	uboot 计数器 + 脚本

三、环境准备：10 分钟搭好“瑞芯微实验室”

1. 硬件

RK3568 开发板（带 ≥8 GB eMMC）×1
USB-TTL 串口线 ×1（115200-8-N-1）
网线 1 根（千兆，TFTP/HTTP 升级用）

2. 软件

组件	版本	安装命令
主机 OS	Ubuntu 20.04 x86_64	本地 PC
交叉工具链	gcc-linaro-10.3-2021.03-x86_64_aarch64-linux-gnu	下文一键脚本
实时内核	linux-5.15-rt35	官方 patch
SWUpdate	2023.05	`apt install swupdate swupdate-client`
根文件系统	Ubuntu Base 20.04 arm64	`debootstrap`构建

3. 一键装工具链（可复制）

#!/bin/bash # install_toolchain.sh TOOLCHAIN=gcc-linaro-10.3-2021.03-x86_64_aarch64-linux-gnu wget https://releases.linaro.org/components/toolchain/binaries/latest-10.3/aarch64-linux-gnu/${TOOLCHAIN}.tar.xz sudo tar -xf ${TOOLCHAIN}.tar.xz -C /opt/ echo 'export PATH=/opt/'${TOOLCHAIN}'/bin:$PATH' >> ~/.bashrc source ~/.bashrc

四、应用场景（300 字）

某省级“边缘视觉检测工站”部署 500 台 RK3568 盒子，运行 PREEMPT_RT 实时检测算法，对传送带矿泉水瓶做瓶盖缺陷检测，要求周期 ≤ 8 ms。现场无人值守，运维中心 200 km 外。早期采用“U 盘拷镜像”升级，失败率 8%，且断电必变砖。引入本文 AB 分区 + SWUpdate OTA 方案后：① 升级包 < 70 MB（增量，原 900 MB 全包）；② 断电 3 次仍可回滚；③ 3 次启动失败自动回旧版本；④ 实时性验证 cyclictest Max < 50 μs 保持不变。最终单台升级时间从 30 分钟缩到 3 分钟，全年零现场维护，客户将方案复制到瓶盖、标签、装箱 3 条产线，成为集团模板。

五、实际案例与步骤：从“打包”到“回滚”全流程

所有脚本放~/rk-ota/目录，绝对路径避免串扰。

mkdir -p ~/rk-ota && cd ~/rk-ota

5.1 制作 AB 分区镜像

分区规划（eMMC 8 GB 示例）
分区名字大小作用
mmcblk0p1 boot_a 64 MB kernel + dtb
mmcblk0p2 rootfs_a 2 GB 系统 A
mmcblk0p3 boot_b 64 MB kernel + dtb
mmcblk0p4 rootfs_b 2 GB 系统 B
mmcblk0p5 data 余下用户数据，升级不碰

分区	名字	大小	作用
mmcblk0p1	boot_a	64 MB	kernel + dtb
mmcblk0p2	rootfs_a	2 GB	系统 A
mmcblk0p3	boot_b	64 MB	kernel + dtb
mmcblk0p4	rootfs_b	2 GB	系统 B
mmcblk0p5	data	余下	用户数据，升级不碰

生成镜像（主机端）

# make_ab_image.sh ROOTFS_A=rootfs_a.ext4 # 已用 debootstrap build 好 ROOTFS_B=rootfs_b.ext4 # 与 A 初始内容一致 mkfs.ext4 -d $ROOTFS_A -L rootfs_a -b 4096 rootfs_a.img 2G mkfs.ext4 -d $ROOTFS_B -L rootfs_b -b 4096 rootfs_b.img 2G

烧录脚本（U-Boot 下）

# flash_ab.scr (mkimage -A arm64 -T script -C none -d flash_ab.cmd flash_ab.scr) echo "flash_ab.scr: 自动烧录 AB 镜像" fatload mmc 1:1 0x40000000 rootfs_a.img mmc write 0x40000000 0x4000 0x400000 # 计算好扇区 fatload mmc 1:1 0x40000000 rootfs_b.img mmc write 0x40000000 0x404000 0x400000

5.2 编译 SWUpdate

# 交叉编译 swupdate git clone https://github.com/sbabic/swupdate.git cd swupdate make menuconfig # 选择 # General ---> # Cross-compile prefix : aarch64-linux-gnu- # Bootloader ---> # U-Boot bootcount support make make install DESTDIR=$PWD/_install

生成swupdate可执行文件与swupdate.cfg配置模板。

5.3 生成增量 OTA 包

生成 file-list

# 在旧系统 A 运行 find /usr /lib /opt -type f -exec md5sum {} \; > old_manifest.txt

新系统编译后同样生成 new_manifest.txt

计算差异

# make_delta.sh sort old_manifest.txt > old.sort sort new_manifest.txt > new.sort comm -13 old.sort new.sort | awk '{print $2}' > delta.lst

打包

tar -czf delta.tar.gz -T delta.lst cp delta.tar.gz swupdate.cfg ~/rk-ota/

5.4 下发升级（HTTP 模式示例）

主机启 HTTP

cd ~/rk-ota && python3 -m http.server 8080

设备端升级

# /usr/local/bin/ota_upgrade.sh #!/bin/bash SWUPDATE_ARGS="-H prod:1.0 -e stable,upgrade" swupdate $SWUPDATE_ARGS -i http://10.10.10.100:8080/delta.tar.gz

U-Boot 启动计数器
在bootcmd加入：
```
if test $bootcount -ge 3; then setenv boot_part 2; fi setenv bootargs root=/dev/mmcblk0p${boot_part} rootwait bootcount=${bootcount} saveenv
```
新系统启动成功后在 systemd 服务里fw_setenv bootcount 0，失败则计数累加，3 次后自动切换回旧分区。

5.5 一键回滚（人工/自动）

# rollback.sh CUR_PART=$(mount | grep 'on / ' | awk '{print $1}') if [[ $CUR_PART == *"rootfs_a"* ]]; then TARGET=4 else TARGET=2 fi fw_setenv boot_part $TARGET reboot

六、常见问题与解答（FAQ）

问题	现象	解决
swupdate 报“image checksum error”	增量包 md5 不匹配	重新生成 manifest，确保新旧系统同一基线
升级后 cyclictest Max > 100 μs	实时性下降	检查新内核是否关闭 CONFIG_PREEMPT_RT，确认 cmdline 无`nohz=off`
bootcount 不生效	3 次失败未回滚	确认 U-Boot 已启用`CONFIG_BOOTCOUNT_LIMIT`
eMMC 寿命担忧	频繁写镜像	使用 tar 增量 +`data`分区分离，减少全块写入
现场无网络	无法 HTTP 下载	支持 U 盘离线升级：`swupdate -i /media/sda1/delta.tar.gz`

七、实践建议与最佳实践

版本号管理
采用product:major.minor.build四段式，swupdate 支持-e硬件匹配，杜绝下错包。
双重校验
镜像内嵌 SHA256 + 数字签名（openssl 私钥签名），公钥存放于/etc/swupdate/public.pem，防止恶意包。
灰度发布
500 台设备按 1%-10%-50%-100% 四批升级，每批观察 24 h 无异常再继续。
实时监控
设备上报upgrade_status到 MQTT，Grafana 大屏显示“升级中/成功/失败”热力图。
备份最后防线
每次升级前自动dd if=/dev/mmcblk0 of=/data/emmc.img bs=1M count=100保存 boot 分区，极端情况串口救砖。
文档自动化
使用 GitLab CI + PlantUML 自动生成《升级指导书》PDF，随 OTA 包一起下发，始终保持“代码-文档”同版本。

八、总结：一张脑图带走全部要点

瑞芯微 AB 分区升级 ├─ 分区：boot_a/rootfs_a + boot_b/rootfs_b + data ├─ 工具：SWUpdate + U-Boot bootcount ├─ 流程：增量打包 → HTTP下发 → 启动计数 → 失败回滚 ├─ 校验：SHA256 + 数字签名 + 灰度 └─ 监控：MQTT + Grafana + 自动报表

实时性 + 无人值守 + 原子回滚，一套方案同时满足。

把脚本 push 到你的 GitLab，下次产线升级，只需点击 Merge Request→OTA 包自动生成→设备半夜静默升级，第二天上班看 Grafana 绿灯一片——这就是工程化的力量！祝你升级零事故，回滚零现