如何实现 Bluetooth LE OTA 升级

本文档介绍 ESP-AT 中 Bluetooth LE OTA 升级，分为两部分：

Bluetooth LE OTA 用法：如何通过 AT 命令和示例 APP 完成升级。
Bluetooth LE OTA 原理：GATT 服务、对端操作顺序、命令包与固件包格式等协议说明，供自行实现 APP 或主机端时参考。

ESP-AT Bluetooth LE OTA 基于乐鑫 BLE OTA 方案。使用 AT+BLEOTA 初始化 Bluetooth LE OTA 后，设备会开启广播，等待对端 APP 连接，通过 Bluetooth LE 接收固件，校验通过后自动重启。

Bluetooth LE OTA 用法 

概述 

Bluetooth LE OTA 无需 Wi-Fi 网络即可升级固件。手机或主机 APP 通过 Bluetooth LE 连接 ESP 设备，按扇区传输新固件，设备将固件写入 Flash，直至升级完成。

典型应用场景：

设备没有 Wi-Fi 连接，或升级时 Wi-Fi 不可用。
希望通过手机 APP 在本地完成固件升级。
除 AT+CIUPDATE、AT+USEROTA、AT+WEBSERVER 等网络 OTA 命令外，还需要基于 Bluetooth LE 的 FOTA 通道。

如需了解基于网络的 OTA，请参考如何实现 OTA 升级。

准备工作 

重要

默认 AT 固件未使能 Bluetooth LE OTA。如需使用该功能，请自行编译 ESP-AT 工程，在配置工程时完成以下两项，然后重新编译并烧录固件：

启用 Component config > AT > AT ble ota command support
同步调整 MTU，建议设置为 512：Component config > Bluetooth > NimBLE Options > Preferred MTU size in octets

使用 ESP-AT 进行 Bluetooth LE OTA 

请按以下步骤完成一次典型的 Bluetooth LE OTA 升级。完整命令说明请参考 AT+BLEOTANAME 和 AT+BLEOTA。

（可选）设置 Bluetooth LE OTA 设备名称。最大长度为 29 字节，默认名称为 ESP-C919。

命令：
```
AT+BLEOTANAME="NAME"
```
响应：
```
OK
```
初始化 Bluetooth LE OTA。初始化成功后，设备会自动开启广播。

命令：
```
AT+BLEOTA=1
```
响应：
```
OK
```
在手机上打开示例 APP，连接设备并开始固件升级。详见下方示例 APP。
固件传输完成并校验通过后，设备会自动重启。

备注

如需设置设备名称，请在执行 AT+BLEOTA=1 前先运行 AT+BLEOTANAME。
AT+BLEOTA=0 用于反初始化 Bluetooth LE OTA。
升级过程中请尽量让手机靠近设备，避免因 Bluetooth LE 链路较弱导致传输失败。

示例 APP 

你可以从以下地址获取乐鑫 Bluetooth LE OTA 示例 APP：

Android：ESP BLE OTA Android APP
iOS：ESP BLE OTA iOS APP

安装 APP 后，需要将用于升级的固件文件（如 app.bin）手动放到 APP 对应目录下，APP 才能在升级时选择该文件：

Android：将 APK 安装到手机后，先进入一次 APP（会自动创建目录），然后将固件文件放到 Android/data/com.espressif.bleota.android/files/BLE-OTA
iOS：将 iPhone 连接到电脑，通过 Finder (macOS) 或 Apple Devices / iTunes (Windows) 打开该手机，进入 文件 > ESP-BLEOTA （或 esp-ble-ota），将固件文件拖入该 App 目录

完成上述准备后：

打开手机蓝牙。
打开 APP，扫描附近设备。
连接到执行 AT+BLEOTA=1 后正在广播的设备。
选择固件文件并开始升级。
等待传输完成。设备校验固件后会自动重启。

若你需要自行实现手机 APP 或主机端，请继续阅读下方 Bluetooth LE OTA 原理。

Bluetooth LE OTA 原理 

本节说明 Bluetooth LE OTA 的 GATT 服务、对端操作顺序以及数据包格式，供自行实现对端 APP 时参考。

服务定义 

Bluetooth LE OTA Profile 包含两个服务：

DIS Service (UUID 0x180A)：显示软件和硬件版本信息。
OTA Service (UUID 0x8018)：用于 OTA 升级，包含 4 个特征值，如下表所示。

特征值	UUID	属性	说明
RECV_FW_CHAR	0x8020	Write, Notify	接收固件数据，并回复 ACK
PROGRESS_BAR_CHAR	0x8021	Read, Notify	读取或上报升级进度
COMMAND_CHAR	0x8022	Write, Notify	发送 OTA 命令，并回复 ACK
CUSTOMER_CHAR	0x8023	Write, Notify	收发用户自定义数据

开始 OTA 前，对端设备必须：

使能所有通过 ACK 回复的特征值的 Indication（向 CCC 写入 0x0002）。
发送“开始 OTA”命令，并在命令 Payload 中携带整个固件的长度。

设备每累计接收 4 KB 数据写一次 Flash。最后不足 4 KB 的扇区，在完整固件接收并校验通过后结束传输。

OTA 操作顺序 

手机或主机 APP 连接设备后，请按以下顺序操作。先使能全部 Indication (CCC)，再发送开始 OTA 命令。 否则设备不会接收固件数据。

步骤	对端设备操作	说明
1	使能所有通过 ACK 回复的特征值的 Indication	向 RECV_FW_CHAR、COMMAND_CHAR、PROGRESS_BAR_CHAR、CUSTOMER_CHAR 的 CCC 写入 `0x02 0x00` （小端，即 `0x0002`），以开启 Indication。按 BLE CCC 定义，`0x0001` 使能 Notification，`0x0002` 使能 Indication。设备通过 Indication 回复 ACK。
2	下发“开始 OTA”命令	向 COMMAND_CHAR 写入命令包。Command ID `0x0001` 表示开始 OTA。Payload 的 Byte 2~5 携带固件总长度。等待设备通过 COMMAND_CHAR Indication 回复 `0x0003`，且 Byte 4~5 为 `0x0000` （接受）后，再进入下一步。
3	按扇区发送固件数据	使用 Write Without Response 向 RECV_FW_CHAR 写入固件包。每个扇区固定 4 KB。`Sector_Index` 从 0 递增且不可跳跃。每个扇区发送完成后，需等待成功 ACK，再发送下一扇区。
4	（可选）下发“结束 OTA”命令	固件数据全部发送完成后，可向 COMMAND_CHAR 写入 Command ID `0x0002` 以结束 OTA。

简要流程：

连接 -> 使能 Indication -> 开始 OTA（携带固件长度）-> 按扇区发送固件（每扇区等待 ACK）-> （可选）结束 OTA -> 设备校验固件并重启

命令包格式 

COMMAND_CHAR 使用如下包格式：

字段	Command_ID	PayLoad	CRC16
字节	Byte 0 ~ 1	Byte 2 ~ 17	Byte 18 ~ 19

Command_ID 定义如下：

Command_ID	含义	Payload 说明
0x0001	开始 OTA	Byte 2~5：固件长度（小端）。其余字节置 0。CRC16 对 Byte 0~17 计算。
0x0002	结束 OTA	Payload 全部置 0。CRC16 对 Byte 0~17 计算。
0x0003	命令包回复	Byte 2~3：被回复的 Command_ID。Byte 4~5：`0x0000` 表示接受，`0x0001` 表示拒绝。其余字节置 0。

固件数据包格式 

客户端按如下格式向 RECV_FW_CHAR 发送固件包：

字段	Sector_Index	Packet_Seq	PayLoad
字节	Byte 0 ~ 1	Byte 2	Byte 3 ~ (MTU_size - 4)

Sector_Index：扇区号，从 0 递增，不可跳跃。必须发满当前扇区的 4 KB 后才能开始下一扇区，否则设备会立即回复错误 ACK 并要求重传。
Packet_Seq：包序号。0xFF 表示该扇区的最后一包。此时 Payload 最后 2 字节为整个 4 KB 扇区的 CRC16。
PayLoad：固件有效载荷。

回复包与命令包同为 20 字节，未使用字节置 0。CRC16 对 Byte 0~17 计算。

字段	Sector_Index	ACK_Status	Expected_Sector_Index	Reserved	CRC16
字节	Byte 0 ~ 1	Byte 2 ~ 3	Byte 4 ~ 5	Byte 6 ~ 17	Byte 18 ~ 19

ACK_Status 定义如下：

0x0000：成功
0x0001：CRC 错误
0x0002：Sector_Index 错误；Byte 4~5（Expected_Sector_Index）表示期望的 Sector_Index
0x0003：Payload 长度错误

进度条信息 

若传输中断或包序号错乱，客户端可主动读取 PROGRESS_BAR_CHAR，并从期望偏移继续传输。

字节	含义
Byte 0 ~ 3	`recv_total_length`
Byte 4 ~ 7	`total_fw_length`
Byte 8 ~ 9	CRC16

参考 

Bluetooth LE OTA AT 命令：AT+BLEOTANAME 和 AT+BLEOTA
网络 OTA 指南：如何实现 OTA 升级

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