基于GPIO触发的树莓派OTA更新：SFTP自动下载与安装实战

2025/7/22 10:28:55 129 0 0 0

在物联网(IoT)应用中，远程设备更新至关重要。本文将探讨如何在树莓派上实现一个由GPIO触发的OTA（Over-The-Air）更新机制。当特定的GPIO引脚被拉高时，树莓派将通过SFTP从指定服务器下载最新的应用程序二进制文件，并执行预设的安装脚本，从而实现远程设备的自动升级。

一、准备工作

树莓派环境: 确保你已经安装了最新版本的Raspberry Pi OS，并且可以正常连接到互联网。
SFTP服务器: 你需要一个SFTP服务器来存放你的应用程序二进制文件和安装脚本。可以使用现有的服务器，或者在本地搭建一个。例如，使用openssh-server在Linux服务器上搭建SFTP服务。
应用程序二进制文件和安装脚本: 准备好你需要部署到树莓派上的应用程序二进制文件，以及一个用于安装、配置和启动该应用程序的shell脚本。

二、实现步骤

配置SSH免密登录

为了让树莓派能够自动从SFTP服务器下载文件，我们需要配置SSH免密登录。这可以通过生成SSH密钥对并将其公钥添加到SFTP服务器的authorized_keys文件中来实现。
- 在树莓派上生成SSH密钥对：
```
ssh-keygen -t rsa -b 4096 -f ~/.ssh/id_rsa
```
- 将公钥复制到SFTP服务器的authorized_keys文件中：
```
ssh-copy-id -i ~/.ssh/id_rsa.pub user@sftp_server_ip
```
- 测试免密登录：
```
ssh user@sftp_server_ip
```
  如果不需要输入密码即可登录，则说明免密登录配置成功。

编写下载和安装脚本

创建一个shell脚本（例如update.sh），用于从SFTP服务器下载最新的应用程序二进制文件并执行安装脚本。

#!/bin/bash

# 定义SFTP服务器的地址、用户名、远程文件路径和本地保存路径
SFTP_SERVER="user@sftp_server_ip"
REMOTE_FILE="/path/to/latest/application"
LOCAL_FILE="/home/pi/application"
INSTALL_SCRIPT="/home/pi/install.sh"

# 使用sftp下载文件
sftp -o StrictHostKeyChecking=no "$SFTP_SERVER:$REMOTE_FILE" "$LOCAL_FILE"

# 检查下载是否成功
if [ $? -eq 0 ]; then
    echo "File downloaded successfully."
else
    echo "File download failed."
    exit 1
fi

# 赋予执行权限
chmod +x "$LOCAL_FILE"

# 执行安装脚本
bash "$INSTALL_SCRIPT"

# 检查安装脚本是否成功执行
if [ $? -eq 0 ]; then
    echo "Installation script executed successfully."
else
    echo "Installation script execution failed."
    exit 1
fi

echo "Update completed."

注意事项：

StrictHostKeyChecking=no 参数用于避免在第一次连接SFTP服务器时出现主机密钥验证提示。在生产环境中，建议使用更安全的密钥验证方式。
根据实际情况修改脚本中的变量，包括SFTP服务器地址、用户名、远程文件路径、本地保存路径和安装脚本路径。
安装脚本（install.sh）需要包含安装、配置和启动应用程序的必要步骤。例如，停止旧版本、复制新文件、更新配置文件、启动新版本等。

编写GPIO监控脚本

创建一个Python脚本（例如gpio_monitor.py），用于监控指定的GPIO引脚。当该引脚被拉高时，执行update.sh脚本。

import RPi.GPIO as GPIO
import time
import subprocess

# 定义GPIO引脚
GPIO_PIN = 17  # 修改为你实际使用的GPIO引脚

# 设置GPIO模式
GPIO.setmode(GPIO.BCM)
GPIO.setup(GPIO_PIN, GPIO.IN, pull_up_down=GPIO.PUD_DOWN)

# 定义更新函数
def update_application():
    print("GPIO triggered, starting update...")
    try:
        subprocess.run(['/home/pi/update.sh'], check=True)
        print("Update process completed.")
    except subprocess.CalledProcessError as e:
        print(f"Error during update: {e}")

# 循环监控GPIO引脚
try:
    while True:
        if GPIO.input(GPIO_PIN) == GPIO.HIGH:
            update_application()
            time.sleep(5)  # 避免重复触发
        time.sleep(0.1)
except KeyboardInterrupt:
    print("Exiting...")
finally:
    GPIO.cleanup()

注意事项：

确保已经安装了RPi.GPIO库：sudo apt-get install python3-rpi.gpio
将GPIO_PIN变量修改为你实际使用的GPIO引脚。
pull_up_down=GPIO.PUD_DOWN 设置下拉电阻，确保在没有外部信号时，引脚处于低电平状态。
time.sleep(5) 用于避免由于引脚抖动或持续高电平而导致重复触发更新。

设置开机自启动

为了让GPIO监控脚本在树莓派启动时自动运行，你可以将其添加到rc.local文件中。
- 编辑rc.local文件：
```
sudo nano /etc/rc.local
```
- 在exit 0之前添加以下内容：
```
sudo python3 /home/pi/gpio_monitor.py &
```
- 保存并关闭文件。
注意事项：
- 确保rc.local文件具有执行权限：sudo chmod +x /etc/rc.local
- & 符号用于在后台运行脚本，避免阻塞启动过程。

三、测试

将最新的应用程序二进制文件和安装脚本上传到SFTP服务器。
将指定的GPIO引脚拉高（例如，使用跳线连接到3.3V引脚）。
观察树莓派是否自动下载并安装了最新的应用程序。
检查应用程序是否正常运行。

四、安全考虑

SFTP服务器安全: 确保SFTP服务器具有足够的安全措施，例如使用强密码、限制IP访问等。
代码签名: 对应用程序二进制文件进行签名，并在安装脚本中验证签名，以防止恶意代码被部署到设备上。
错误处理: 在脚本中添加完善的错误处理机制，以便在更新过程中出现问题时能够及时发现并采取相应的措施。
回滚机制: 实现回滚机制，以便在更新失败时能够恢复到之前的版本。

五、总结

本文介绍了如何在树莓派上实现一个由GPIO触发的OTA更新机制。通过配置SSH免密登录、编写下载和安装脚本、编写GPIO监控脚本以及设置开机自启动，可以实现远程设备的自动升级。同时，也需要考虑安全性问题，并采取相应的安全措施，以确保设备的安全性。这种方法适用于需要在特定事件触发时进行更新的场景，例如，当检测到新的传感器数据或接收到特定的指令时。

自动化极客树莓派 OTA更新 GPIO触发

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