先決條件步驟 1：設定儲存步驟 2：建立程式碼簽名憑證步驟 3：Amazon Cognito 份驗證配置步驟 4：設定 Amazon FreeRTOS 步驟 5：設定安卓應用步驟 6：執行 OTA 更新指令碼

教程：使用 FreeRTOS 藍牙低功耗在濃縮咖啡 ESP32 上執行 OTA 更新

重要

此參考集成託管在亞馬遜的 FreeRTOS 存儲庫上，該存儲庫已被棄用。建議您在建立新專案時從這裡開始。如果您已經有一個現有的 FreeRTOS 專案以目前已取代的亞馬遜免費伺服器儲存庫為基礎，請參閱Amazon-FreeRTOS Github 儲存庫遷移指南.

本教程將向您展示如何更新連接到 Android 設備上的 MQTT 藍牙低功耗代理的濃縮咖啡 ESP32 微控制器。它使用AWS IoT Over-the-air （OTA）更新作業更新設備。該設備連接到AWS IoT使用在 Android 演示應用程序中輸入的 Amazon Cognito 憑據。授權運營商從雲啟動 OTA 更新。當設備通過 Android 演示應用程序連接時，將啟動 OTA 更新，並在設備上更新固件。

FreeRTOS 版本 2019.06.00 主要及更新版本包含藍牙低功耗 MQTT 代理支援，可用於 Wi-Fi 佈建和與AWS IoT服務的安全連線。通過使用藍牙低功耗功能，您可以構建低功耗設備，無需 Wi-Fi 即可與移動設備配對以進行連接。設備可以通過使用通用訪問配置文件（GAP）和通用屬性（GATT）配置文件的 Android 或 iOS 低功耗藍牙 SDK 進行連接來使用 MQTT 進行通信。

以下是我們將遵循的步驟，以允許通過藍牙低功耗進行 OTA 更新：

設定儲存：建立 Amazon S3 儲存貯體和政策，並設定可執行更新的使用者。
建立程式碼簽署憑證：建立簽署憑證，並允許使用者簽署韌體更新。
設定 Amazon Cognito 身份驗證：建立登入資料提供者、使用者集區和應用程式對使用者集區的存取權。
設定 FreeRTOS：設定低功耗藍牙、用戶端認證和程式碼簽署公用憑證。
配置 Android 應用程序：設置憑據提供程序，用戶池並將應用程序部署到 Android 設備。
運行 OTA 更新腳本：要啟動 OTA 更新，請使用 OTA 更新腳本。

如需有關更新如何運作的詳細資訊，請參閱免費RTOS Over-the-Air更新。如需有關如何設定藍牙低功耗 MQTT 代理功能的其他資訊，請參閱 Richard Kang 在 Espressif ESP32 上使用藍牙低功耗搭配 FreeRTOS 文章。

先決條件

若要執行此教學課程中的步驟，您需要以下資源：

一個 ESP32 開發板。
一條微型 USB 連接 USB 連接線。
AWS帳戶（免費方案就足夠了）。
具備安卓 v 6.0 或更高版本的安卓手機，以及藍牙 4.2 或更高版本。

在您的開發計算機上，您需要：

適用於 Xtensa 工具鏈和 FreeRTOS 原始程式碼和範例的足夠磁碟空間 (約 500 Mb)。
安卓工作室安裝。
已AWS CLI安裝。
已安裝蟒蛇 3。
適用於 Python 的博托 3AWS 軟件開發工具包（SDK）。

本教學課程中的步驟假設 Xtensa 工具鏈、ESP-IDF 和 FreeRTOS 程式碼已安裝在主/esp目錄中的目錄中。您必須新增~/esp/xtensa-esp32-elf/bin至$PATH變數。

步驟 1：設定儲存

建立 Amazon S3 儲存貯體以儲存您的更新啟用版本控制以保存固件映像。
建立OTA更新服務角色並將下列受管政策中新增至該角色：
- AWSIotLogging
- AWSIotRuleActions
- AWSIotThingsRegistration
- AWSFreeRTOSOTAUpdate
創建一個可以執行 OTA 更新的用戶。此使用者可在帳戶中簽署並部署韌體更新至 IoT 裝置，並可存取在所有裝置上執行 OTA 更新。存取權限應限於受信任的實體。
按照步驟操作建立OTA使用者政策並將其附加到您的用戶。

步驟 2：建立程式碼簽名憑證

建立已啟用版本控制的 Amazon S3 儲存貯體來存放韌體映像。

建立可用於簽署韌體的程式碼簽署憑證。請記下憑證匯入憑證時的憑證 Amazon Resource Name (ARN)。


aws acm import-certificate --profile=ota-update-user --certificate file://ecdsasigner.crt --private-key file://ecdsasigner.key

輸出範例：


{
"CertificateArn": "arn:aws:acm:us-east-1:<account>:certificate/<certid>"
}

您稍後將使用 ARN 來創建簽名配置文件。如果需要，您現在可以使用以下命令創建配置文件：


aws signer put-signing-profile --profile=ota-update-user --profile-name esp32Profile --signing-material certificateArn=arn:aws:acm:us-east-1:account:certificate/certid --platform AmazonFreeRTOS-Default --signing-parameters certname=/cert.pem

輸出範例：


{
"arn": "arn:aws:signer::<account>:/signing-profiles/esp32Profile"
}

步驟 3：Amazon Cognito 份驗證配置

建立 AWS IoT 政策

登入 AWS IoT 主控台。
在主機的右上角，選擇 My registry (我的帳戶)。在「帳戶設定」 下，記下您的 12 位數帳戶 ID。
在左側的導覽窗格中，選擇 Settings (設定)。在裝置資料端點中，記下端點值。端點外觀大致如下xxxxxxxxxxxxxx.iot.us-west-2.amazonaws.com。在此範例中，「AWS區域」為「US-西 -2」。
在左側導覽窗格中，選擇 [安全]，選擇 [原則]，然後選擇 [建立]。如果您的帳戶中沒有任何政策，您會看到「您還沒有任何政策」的訊息，您可以選擇 [建立政策]。
輸入原則的名稱，例如，「政策」。

在 Add statements (新增陳述式) 區段中，選擇 Advanced mode (進階模式)。將下列 JSON 複製並貼入政策編輯器視窗。aws-account-id使用您的帳戶 ID 和您aws-region的地區取代 (例如，「us-west-2")。


{
  "Version": "2012-10-17",
  "Statement": [
    {
      "Effect": "Allow",
      "Action": "iot:Connect",
      "Resource": "arn:aws:iot:aws-region:aws-account-id:*"
    },
    {
      "Effect": "Allow",
      "Action": "iot:Publish",
      "Resource": "arn:aws:iot:aws-region:aws-account-id:*"
    },
    {
      "Effect": "Allow",
      "Action": "iot:Subscribe",
      "Resource": "arn:aws:iot:aws-region:aws-account-id:*"
    },
    {
      "Effect": "Allow",
      "Action": "iot:Receive",
      "Resource": "arn:aws:iot:aws-region:aws-account-id:*"
    }
  ]
}

選擇建立。

建立物AWS IoT件

登入 AWS IoT 主控台。
在左側導覽窗格中，選擇 Manage (管理)，然後選擇 Things (實物)。
選擇右上角的「建立」。如果您的帳戶中沒有註冊任何項目，則會顯示「您還沒有任何物件」的訊息，您可以選擇註冊物件。
在 Creating AWS IoT things (建立 IoT 物件) 頁面上，選擇 Create a single thing (建立單一物件)。
在 Add registry (將裝置新增至物件登錄檔) 頁面上，輸入您物件的名稱 (例如 esp32-ble)。只允許英數字元、連字號 (-) 和底線 (_) 字元。選擇 下一步。
在 [為您的物件新增憑證] 頁面的 [略過憑證並建立物件] 下，選擇 [建立不含憑證的物件]。由於我們使用使用 Amazon Cognito 登入資料進行身份驗證和授權的 BLE 代理行動應用程式，因此不需要裝置憑證。

創建一個亞馬遜應用程序客戶端

登入 Amazon Cognito 主控台。
在右上方導覽橫幅中，選擇 [建立使用者集區]。
輸入儲存池名稱 (例如，「儲存池」)。
選擇 Review defaults (檢閱預設值)。
在 [應用程式用戶端] 中，選擇 [新增應用程式用戶端]，然後選擇 [新增應用
輸入應用程式用戶端名稱 (例如「mqtt_app_Client」)。
確定已選取 [產生用戶端密碼]。
選擇 Create app client (建立應用程式用戶端)。
選擇 Return to pool details (回到集區的詳細資訊)。
在使用者集區的 [檢閱] 頁面上，選擇 [建立集區]。您應該會看到一則訊息，指出您的使用者集區已成功建立。請記下集區 ID。
在導覽窗格中，選擇 App 用戶端。
選擇顯示詳細資料。記下應用程式用戶端 ID 和應用程式用戶端密碼。

建立 Amazon Cognito 身分集區

登入 Amazon Cognito 主控台。
選擇 Create new identity pool (建立新的身分集區)。
輸入識別集區的名稱 (例如，「mqtt_PROXY」)。
展開驗證提供者。
選擇「Co gnito」索引標籤。
輸入您在先前步驟中記下的使用者集區 ID 和應用程式用戶端 ID。
選擇 Create Pool (建立集區)。
在下一頁上，若要為已驗證和未驗證身分建立新角色，請選擇 [允許]。
記下格式的識別集區 IDus-east-1:xxxxxxxx-xxxx-xxxx-xxxx-xxxxxxxxxxxx。

將 IAM 政策連接到已驗證的身分

開啟 Amazon Cognito 主控台。
選取您剛才建立的身分集區 (例如，「mqtt_proxy_id」)。
選擇 Edit identity pool (編輯身分集區)。
記下指派給已驗證角色的 IAM 角色 (例如，「驗證角色」)。
開啟 IAM 主控台。
在導覽窗格中，選擇 Roles (角色)。
搜尋指定的角色 (例如，「核心角色」)，然後加以選取。
選擇 [新增內嵌原則]，然後選擇 [JSON]。

輸入下列政策：


{
       "Version": "2012-10-17",
       "Statement": [
       {
          "Effect": "Allow",
          "Action": [
             "iot:AttachPolicy",
             "iot:AttachPrincipalPolicy",
             "iot:Connect",
             "iot:Publish",
             "iot:Subscribe"
          ],
          "Resource": "*"
       }]
    }

選擇 Review Policy (檢閱政策)。
輸入政策名稱 (例如mqttProxyCognito政策)。
選擇 建立政策。

步驟 4：設定 Amazon FreeRTOS

從免費伺服器 GitHub 軟體庫下載最新版本的亞馬遜 FreeRTOS 程式碼。
若要啟用 OTA 更新示範，請依照中的步驟操作Espressif ESP32-DevKitC 和入門 ESP-WROVER-KIT。
在下列檔案中進行這些額外的修改：
1. 開啟vendors/espressif/boards/esp32/aws_demos/config_files/aws_demo_config.h並定義CONFIG_OTA_UPDATE_DEMO_ENABLED。
2. 開啟vendors/espressif/boards/esp32/aws_demos/common/config_files/aws_demo_config.h並變更democonfigNETWORK_TYPES為AWSIOT_NETWORK_TYPE_BLE。
3. 開啟demos/include/aws_clientcredential.h並輸入的端點 URLclientcredentialMQTT_BROKER_ENDPOINT。
  
  輸入您的物件名稱clientcredentialIOT_THING_NAME (例如，「esp32」)。使用 Amazon Cognito 登入資料時，不必新增憑證。
4. 打開vendors/espressif/boards/esp32/aws_demos/config_files/aws_iot_network_config.h並更configENABLED_NETWORKS改configSUPPORTED_NETWORKS和僅包括AWSIOT_NETWORK_TYPE_BLE。
5. 開啟檔vendors/vendor/boards/board/aws_demos/config_files/ota_demo_config.h案，然後輸入您的憑證。
```
#define otapalconfigCODE_SIGNING_CERTIFICATE [] = "your-certificate-key";
```
應用程序應該啟動並打印演示版本：
```
11 13498 [iot_thread] [INFO ][DEMO][134980] Successfully initialized the demo. Network type for the demo: 2
12 13498 [iot_thread] [INFO ][MQTT][134980] MQTT library successfully initialized.
13 13498 [iot_thread] OTA demo version 0.9.20
14 13498 [iot_thread] Creating MQTT Client...
```

步驟 5：設定安卓應用

從 amazon-freertos-ble-android-sdk 軟件 GitHub 庫下載安卓低功耗藍牙 SDK 和示例應用程序。

開啟檔案app/src/main/res/raw/awsconfiguration.json並填寫集區 ID、區域 AppClientId，並 AppClientSecret 使用下列 JSON 範例中的指示。


{
  "UserAgent": "MobileHub/1.0",
  "Version": "1.0",
  "CredentialsProvider": {
    "CognitoIdentity": {
      "Default": {
        "PoolId": "Cognito->Manage Identity Pools->Federated Identities->mqtt_proxy_identity_pool->Edit Identity Pool->Identity Pool ID",
        "Region": "Your region (for example us-east-1)"
      }
    }
  },

  "IdentityManager": {
    "Default": {}
  },

  "CognitoUserPool": {
    "Default": {
      "PoolId": "Cognito-> Manage User Pools -> esp32_mqtt_proxy_user_pool -> General Settings -> PoolId",
      "AppClientId": "Cognito-> Manage User Pools -> esp32_mqtt_proxy_user_pool -> General Settings -> App clients ->Show Details",
      "AppClientSecret": "Cognito-> Manage User Pools -> esp32_mqtt_proxy_user_pool -> General Settings -> App clients ->Show Details",
      "Region": "Your region (for example us-east-1)"
    }
  }
}

開啟app/src/main/java/software/amazon/freertos/DemoConstants.java並輸入您先前建立的原則名稱 (例如，esp32_mqtt_proxy_iot_政策) 以及 [區域] (例如，我們-東部 -1)。
構建並安裝演示應用程序。
1. 在 Android 工作室中，選擇生成，然後選擇製作模塊應用程序。
2. 選擇運行，然後運行應用程序。你可以去日誌貓窗格中的 Android 工作室監視日誌消息。
3. 在 Android 設備上，從登錄屏幕創建一個帳戶。
4. 建立使用者。如果使用者已存在，請輸入認證。
5. 允許 Amazon FreeRTOS 演示訪問設備的位置。
6. 掃描藍牙低功耗設備。
7. 將找到的裝置的滑桿移至「開啟」。
8. 按下 ESP32 的序列埠除錯主控台上的 y。
9. 選擇 [配對並 Connect]。
更多... 建立連線後，連結會變成作用中的狀態。連接完成後，連接狀態應更改為「BLE_CONNECTED」在 Android 設備日誌中：
```
2019-06-06 20:11:32.160 23484-23497/software.amazon.freertos.demo I/FRD: BLE connection state changed: 0; new state: BLE_CONNECTED
```
在可以傳輸消息之前，Amazon FreeRTOS 備和安卓設備就 MTU 進行了協商。您應該會在 logcat 中看到下列輸出：
```
2019-06-06 20:11:46.720 23484-23497/software.amazon.freertos.demo I/FRD: onMTUChanged : 512 status: Success
```

設備連接到應用程序，並開始使用 MQTT 代理發送 MQTT 消息。若要確認裝置可以通訊，請確定 MQTT_CONT_CONTROL 特性資料值變更為 01：


2019-06-06 20:12:28.752 23484-23496/software.amazon.freertos.demo D/FRD: <-<-<- Writing to characteristic: MQTT_CONTROL with data: 01
2019-06-06 20:12:28.839 23484-23496/software.amazon.freertos.demo D/FRD: onCharacteristicWrite for: MQTT_CONTROL; status: Success; value: 01

裝置配對完成後，您會在 ESP32 主控台上看到提示。若要啟用 BLE，請按 y。在您執行此步驟之前，示範將無法運作。


E (135538) BT_GATT: GATT_INSUF_AUTHENTICATION: MITM Required
W (135638) BT_L2CAP: l2cble_start_conn_update, the last connection update command still pending.
E (135908) BT_SMP: Value for numeric comparison = 391840
15 13588 [InputTask] Numeric comparison:391840
16 13589 [InputTask] Press 'y' to confirm
17 14078 [InputTask] Key accepted
W (146348) BT_SMP: FOR LE SC LTK IS USED INSTEAD OF STK
18 16298 [iot_thread] Connecting to broker...
19 16298 [iot_thread] [INFO ][MQTT][162980] Establishing new MQTT connection.
20 16298 [iot_thread] [INFO ][MQTT][162980] (MQTT connection 0x3ffd5754, CONNECT operation 0x3ffd586c) Waiting for operation completion.
21 16446 [iot_thread] [INFO ][MQTT][164450] (MQTT connection 0x3ffd5754, CONNECT operation 0x3ffd586c) Wait complete with result SUCCESS.
22 16446 [iot_thread] [INFO ][MQTT][164460] New MQTT connection 0x3ffc0ccc established.
23 16446 [iot_thread] Connected to broker.

步驟 6：執行 OTA 更新指令碼

若要安裝先決條件，請執行下列命令：
```
pip3 install boto3
```
```
pip3 install pathlib
```
在中增加 FreeRTOS 應用程式版本demos/include/aws_application_version.h。
建立新的 .bin 檔案。

下載蟒蛇腳本 start_ota.py. 若要查看指令碼的說明內容，請在終端機視窗中執行下列命令：


python3 start_ota.py -h

您應該會看到類似下列的內容：


usage: start_ota.py [-h] --profile PROFILE [--region REGION]
                    [--account ACCOUNT] [--devicetype DEVICETYPE] --name NAME
                    --role ROLE --s3bucket S3BUCKET --otasigningprofile
                    OTASIGNINGPROFILE --signingcertificateid
                    SIGNINGCERTIFICATEID [--codelocation CODELOCATION]
Script to start OTA update
optional arguments:
-h, --help            show this help message and exit
--profile PROFILE     Profile name created using aws configure
--region REGION       Region
--account ACCOUNT     Account ID
--devicetype DEVICETYPE thing|group
--name NAME           Name of thing/group
--role ROLE           Role for OTA updates
--s3bucket S3BUCKET   S3 bucket to store firmware updates
--otasigningprofile OTASIGNINGPROFILE
                      Signing profile to be created or used
--signingcertificateid SIGNINGCERTIFICATEID
                      certificate id (not arn) to be used
--codelocation CODELOCATION
                      base folder location (can be relative)

如果您使用提供的AWS CloudFormation範本來建立資源，請執行下列命令：


python3 start_ota_stream.py --profile otausercf --name esp32-ble --role ota_ble_iot_role-sample --s3bucket afr-ble-ota-update-bucket-sample --otasigningprofile abcd --signingcertificateid certificateid

您應該會在 ESP32 偵錯主控台中看到更新開始：


38 2462 [OTA Task] [prvParseJobDoc] Job was accepted. Attempting to start transfer.
---
49 2867 [OTA Task] [prvIngestDataBlock] Received file block 1, size 1024
50 2867 [OTA Task] [prvIngestDataBlock] Remaining: 1290
51 2894 [OTA Task] [prvIngestDataBlock] Received file block 2, size 1024
52 2894 [OTA Task] [prvIngestDataBlock] Remaining: 1289
53 2921 [OTA Task] [prvIngestDataBlock] Received file block 3, size 1024
54 2921 [OTA Task] [prvIngestDataBlock] Remaining: 1288
55 2952 [OTA Task] [prvIngestDataBlock] Received file block 4, size 1024
56 2953 [OTA Task] [prvIngestDataBlock] Remaining: 1287
57 2959 [iot_thread] State: Active  Received: 5   Queued: 5   Processed: 5   Dropped: 0

OTA 更新完成後，設備將根據 OTA 更新過程的要求重新啟動。然後，它會嘗試使用更新的韌體進行連線。如果升級成功，則更新的韌體會標示為作用中，您應該會在主控台中看到更新的版本：
```
13 13498 [iot_thread] OTA demo version 0.9.21
```

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