📚 课程目录第4章双分区架构设计

4. 双分区架构设计：A/B分区原理、双分区切换逻辑、分区表设计

双分区架构，圈内人常叫它 A/B 系统。说白了，就是设备里准备两套完整的系统固件，一套在跑，另一套闲着。我最早接触这个设计是在做车机 OTA 的时候，客户要求升级失败不能变砖，还得能回滚。嗯，A/B 分区就是干这个的。

4.1 A/B 分区原理

传统单分区升级，就像在独木桥上换轮胎。升级过程中一旦断电或写错，系统就起不来了。A/B 分区不一样，它把存储分成两个完全独立的槽位（Slot）。

Slot A（当前槽）：正在运行的固件，包含 boot、system、vendor 等分区。
Slot B（备用槽）：存放新固件或旧固件的备份，平时不参与启动。

升级时，系统在后台把新固件写入 Slot B。写完后，通过 Bootloader 切换启动槽位。下次重启，设备就从 Slot B 启动了。如果 Slot B 启动失败，Bootloader 自动回退到 Slot A。

核心思想：升级过程不影响当前运行的系统。用户甚至感觉不到设备在升级。

我在项目中遇到过一个问题：某款 IoT 网关，Flash 只有 256MB。A/B 分区要存两套系统，空间捉襟见肘。后来我们裁剪了内核模块，把不必要的驱动全去掉，才勉强塞下。所以，选型时一定要算好 Flash 容量。

4.2 双分区切换逻辑

切换逻辑是 Bootloader 的活。我习惯把切换逻辑分成三个步骤：标记、尝试、确认。

标记新槽位：升级完成后，系统在 misc 分区写入一个标志，告诉 Bootloader 下次启动用 Slot B。
尝试启动：Bootloader 读取标志，从 Slot B 加载内核。如果内核启动成功，用户空间的服务会发一个「健康确认」信号。
确认切换：健康服务收到信号后，把 misc 分区里的「尝试计数」清零，正式确认切换。如果启动失败，Bootloader 把计数加 1，超过最大尝试次数（比如 3 次），就回退到 Slot A。

避坑指南：我曾经把「尝试计数」放在文件系统里，结果文件系统挂载失败，计数读不出来，Bootloader 直接回滚了。后来我改成放在独立的 misc 分区，用裸读写，再也没出过问题。

为什么会设计「尝试计数」？因为有些故障不是立即暴露的。比如 Wi-Fi 驱动加载后，要等几秒才能连上网络。如果连不上，用户可能觉得设备坏了。所以，我一般给 3 次尝试机会，每次重启都重新尝试。

下面这张图展示了 A/B 分区的切换流程：

4.3 分区表设计

分区表是 A/B 架构的骨架。设计不好，后面全是坑。我一般把分区表分成三类：核心系统分区、数据分区、元数据分区。

分区名称	大小（典型值）	作用	是否 A/B
boot_a / boot_b	32MB	存放内核和 dtb	是
system_a / system_b	256MB - 1GB	根文件系统	是
vendor_a / vendor_b	64MB	硬件驱动和固件	是
misc	1MB	存储启动标志、尝试计数	否
data	剩余空间	用户数据、应用配置	否
cache	64MB	升级包缓存、日志	否

注意：misc 分区不能放在 A/B 槽里。如果 misc 也做双备份，Bootloader 就不知道该从哪个槽启动了。这是个死循环。

分区表在代码里怎么定义？以 U-Boot 为例，我习惯用 CONFIG_PARTITION_UUIDS 配合分区表。下面是一个简化版的分区表定义：

// 以 512 字节扇区为单位
// 假设 Flash 总大小 4GB

partitions {
    compatible = "fixed-partitions";
    #address-cells = <2>;
    #size-cells = <2>;

    // misc 分区，固定偏移
    partition@0 {
        label = "misc";
        reg = <0x0 0x200000>;  // 2MB
    };

    // Slot A
    partition@200000 {
        label = "boot_a";
        reg = <0x0 0x2000000>;  // 32MB
    };
    partition@2200000 {
        label = "system_a";
        reg = <0x0 0x20000000>; // 512MB
    };

    // Slot B
    partition@22200000 {
        label = "boot_b";
        reg = <0x0 0x2000000>;  // 32MB
    };
    partition@24200000 {
        label = "system_b";
        reg = <0x0 0x20000000>; // 512MB
    };

    // 数据分区
    partition@44200000 {
        label = "data";
        reg = <0x0 0xFFFFFFFF>; // 剩余空间
    };
};

你想想看，如果分区大小没对齐 Flash 的擦除块（比如 NAND 的 128KB 块），写分区时就会跨块，性能下降不说，还可能写坏。我建议分区起始地址和大小都按擦除块对齐。

个人经验：我习惯在分区表里预留 1-2 个空分区，叫 reserved_a 和 reserved_b。万一后期要加新功能（比如安全固件分区），不用重新烧写整个分区表。

最后说一句，分区表设计不是一次性的。产品迭代过程中，分区大小可能会变。我见过一个团队，升级包写死了分区偏移，结果新版本固件大了 10MB，直接覆盖了后面的 data 分区。嗯，数据全丢了。所以，分区表最好用，支持动态调整，别用古老的 MBR。