本教程概述了更新基于 Linux 的固件的一般描述，并用一些具体的实现进行了说明。首先，考虑内存系统的各个部分（图 1）以及在将软件传输到新版本时应更新的内存部分。

通常，基于 Linux 的系统具有以下易失性内存结构。第一部分填充了 Linux 内核加载器，该加载器可以分几个阶段执行。例如，将小型引导加载程序复制到 CPU 内部存储器，执行外部存储器的初始化，并将第二级加载程序复制到外部 RAM。第二级加载程序（例如，U-Boot）将 Linux 内核复制到 RAM 并将控制权移交给它。最后，系统启动存储在 Flash 内存最后一部分中的自定义应用程序。因此，显然，有必要更新包含用户应用程序和操作系统内核的内存部分。

图 1. 基于 Linux 的设备的 Flash 内存的各个部分

启动更新过程的事件包括

• 系统启动（在这种情况下，更新应用程序内置于引导加载程序或在操作系统初始化时运行）。
• 操作期间连接外部介质（USB 或 SD 卡）。
• 检测到更新服务器上有较新版本的软件。
• 用户操作。

您可以通过插入介质复制更新文件，或者通过网络接收它们（如果系统配备了以太网端口或 Wi-Fi 模块）。通常，此过程使用各种加载程序广泛支持的 TFTP 协议。如果您使用操作系统中的程序执行更新过程，则可以使用 wget 应用程序或 libcurl 库从服务器复制必要的文件。

更新过程的重要部分是检查接收文件的版本及其完整性。您可以使用 MD5、CRC32 等算法执行此操作。我还建议检查新固件与设备的兼容性（PCB 版本）。

选项 1： 如果您的 ROM 容量足以存储旧固件和新固件（图 2），则系统实现该选项，以便在升级过程失败时可以回退到软件的先前版本。使用 flash_eraseall（用于擦除内存）和 nandwrite（用于将映像写入 NAND 内存）覆盖内存，这些工具包含在 mtd-utils 包中。

当收到并检查更新文件后，您可以开始将它们写入系统 ROM 的过程。您可以根据 ROM 容量实现各种软件更新选项。

图 2. 具有恢复旧固件功能的设备的 Flash 内存的各个部分

下一步是设置 U-Boot 引导加载程序环境变量以加载新固件。可以使用 fw_printenv 和 fw_setenv 等命令从 Linux 读取和写入 U-Boot 环境变量（源代码包含在 U-Boot 发行版中）。除了运行操作系统所需的典型参数（ROM 中内核映像的位置、包含根文件系统的部分名称等）之外，环境变量还可以存储失败的启动计数，并在达到某个阈值后将系统恢复到先前的软件（图 3）。

图 3. 具有恢复到先前固件功能的软件更新算法

选项 2： 对于小 ROM 容量，应将 Linux 内核和应用程序以及必要的库复制到 RAM。之后，您可以擦除并重写 Flash 内存。显然，如果更新过程失败，此选项不允许系统恢复到先前的固件。

U-Boot 加载程序实现了一个内置功能，用于检查加载的 Linux 内核映像的完整性（由 verify 变量控制），这有助于在操作系统启动之前检查其完整性，并（使用 hush 脚本）识别启动软件的替代来源（旧固件或 TFTP，http://www.denx.de/wiki/DULG/CommandLineParsing）。

让我们考虑几个开源项目（例如 OpenWrt、Openmoko 和 OpenInkpot）中软件更新机制的各种实现。

在一个 为 OpenWrt 网络路由器创建免费软件的项目中，您可以从各种来源（Web 界面或 TFTP）更新固件。

最简单的方法是通过 Web 页面更新。您只需访问设备设置页面（软件更新部分），然后使用特殊的 HTML 表单复制新软件。

第二种方法是通过 TFTP 更新软件。此方法非常适合那些创建了自己的固件映像的人。如果出现问题，您将能够（通过 TFTP）回退到旧固件。步骤如下：设备开机后，启动引导加载程序，该加载程序执行系统初始化，以及检查和加载可执行代码。如果固件未能通过完整性检查，则加载程序将被视为损坏，它将自动进入加载程序模式，直到通过网络加载固件。然后，您可以从 PC 通过 TFTP 下载新固件。

如有必要，您可以手动从 TFTP 服务器加载软件。您需要通过串行端口连接到 CFE（通用固件环境）控制台，并中断标准设备初始化过程。之后，您需要配置网络，从 TFTP 服务器复制新固件，并将其写入设备的 Flash 内存。

一个为 Openmoko 智能手机创建免费固件的项目 (http://wiki.openmoko.org/wiki/USB_DFU) 是通过 USB 更新设备软件的一个示例。更新机制符合 设备固件升级 的 USB 设备类规范。此规范的目的是为更新配备 USB 的设备的软件提供一种多用途机制——例如，一种独立于制造商和特定硬件平台的机制。这允许您在操作系统中使用单个程序在不同设备上安装软件，使用相应的固件映像。除了写入新固件外，USB 设备类规范还描述了在 PC 上读取当前固件的过程。

在 Openmoko 项目下，DFU 是 U-Boot 引导加载程序的修改版本的一部分。该项目还涉及 DFU-Util 实用程序的开发，该实用程序有助于将软件发送和写入设备的内部 NAND 内存，并将程序写入其随机存取存储器。您可以使用后一个功能来调试低级代码（例如内核代码），而无需重写 Flash 内存。此外，DFU-Util 允许读取 NAND 内存内容，以帮助创建固件备份。

OpenInkpot 项目 使用 SD 存储卡来更新电子书的软件。您应将新软件作为 .oifw 文件下载到 SD 卡根目录中。供电后，修改后的 U-Boot 引导加载程序会检查卡上的固件，并使用 CRC32 验证其完整性。如果可以更新，则必须确认覆盖设备 Flash 内存的操作。然后，系统更新内核和根文件系统，或者完全重新安装软件，包括初始引导加载程序。

如您所见，有多种更新 Linux 软件的方法，即为您的设备配备对多种更新选项的支持，并选择最简单、最可靠的一种。