嵌入式設(shè)備遠(yuǎn)程在線升級(jí)技術(shù)的研究

摘要：介紹了嵌入式系統(tǒng)遠(yuǎn)程在線升級(jí)的工作原理，并詳細(xì)闡述了系統(tǒng)硬件平臺(tái)及軟件的設(shè)計(jì)原理，提出了基于Internet通信方式的嵌入式系統(tǒng)遠(yuǎn)程在線升級(jí)的方案，并對(duì)該方案進(jìn)行了測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明：該方案具有較高的升級(jí)成功率和較快的升級(jí)速度。
關(guān)鍵詞：在線升級(jí)；TCP通信協(xié)議；嵌入式系統(tǒng)；在應(yīng)用編程

隨著電子技術(shù)、通信技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各領(lǐng)域，各種行業(yè)對(duì)嵌入式設(shè)備的系統(tǒng)功能、性能以及規(guī)模的要求都在日益提高，開(kāi)發(fā)者必須能夠針對(duì)客戶的需求及時(shí)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)和升級(jí)，以延長(zhǎng)系統(tǒng)的使用周期，改善系統(tǒng)的性能。目前遠(yuǎn)程升級(jí)方式主要有：采用Boot加雙Loader的結(jié)構(gòu)式設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的完整升級(jí)、基于TFTP(Trivial File Transfer Protocol)協(xié)議的ARM軟件遠(yuǎn)程更新系統(tǒng)等。筆者對(duì)基于LM3S6965微控制器的嵌入式系統(tǒng)軟件遠(yuǎn)程在線升級(jí)技術(shù)進(jìn)行研究，并提出了一種已成功驗(yàn)證的在線升級(jí)實(shí)現(xiàn)方法，該方法對(duì)減少嵌入式設(shè)備的維護(hù)成本、提高設(shè)備的工作效率具有很重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 嵌入式系統(tǒng)功能及在線升級(jí)原理
1．1 嵌入式系統(tǒng)的功能
嵌入式系統(tǒng)的運(yùn)行主要分為工作模式和升級(jí)模式，其中工作模式為默認(rèn)模式，工作模式指設(shè)備正常工作狀態(tài)，嵌入式系統(tǒng)按預(yù)定的程序完成相應(yīng)的測(cè)控任務(wù)，并且通過(guò)internet、GPRS等方式向監(jiān)控管理中心上報(bào)監(jiān)測(cè)參數(shù)。升級(jí)模式是指嵌入式處于升級(jí)狀態(tài)，包括接收服務(wù)器發(fā)送的程序代碼，以及在flash區(qū)域固化程序代碼等。
1．2 遠(yuǎn)程在線升級(jí)原理
整個(gè)升級(jí)系統(tǒng)主要由服務(wù)器和遠(yuǎn)程終端組成，其中遠(yuǎn)程終端包括基于ARM內(nèi)核的嵌入式控制芯片和Modem模塊。二者之間通過(guò)RS232總線連接，服務(wù)器與遠(yuǎn)程終端通過(guò)Internet進(jìn)行通信。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

服務(wù)器作為軟件升級(jí)任務(wù)的主動(dòng)發(fā)起者，首先向嵌入式系統(tǒng)發(fā)送升級(jí)命令，嵌入式系統(tǒng)在硬件啟動(dòng)后，首先執(zhí)行引導(dǎo)程序Bootloader進(jìn)行一系列的初始化操作，同時(shí)選擇執(zhí)行升級(jí)控制程序，待服務(wù)器接收到嵌入式系統(tǒng)的確認(rèn)升級(jí)回復(fù)后即開(kāi)始發(fā)送升級(jí)程序代碼，在發(fā)送升級(jí)程序代碼前，服務(wù)器會(huì)將這些代碼拆分成固定長(zhǎng)度的多個(gè)數(shù)據(jù)單元，以每個(gè)數(shù)據(jù)單元為核心組成數(shù)據(jù)包(數(shù)據(jù)包內(nèi)容包含數(shù)據(jù)包頭標(biāo)志、命令頭、包序列、數(shù)據(jù)單元、CRC校驗(yàn)碼、數(shù)據(jù)包尾標(biāo)志、總包數(shù)等)，嵌入式系統(tǒng)每接收到一個(gè)數(shù)據(jù)包，都將返回確認(rèn)信息，若數(shù)據(jù)包校驗(yàn)無(wú)誤，則在規(guī)定的FLASH區(qū)域進(jìn)行舊程序的擦除以及新程序的復(fù)制，從而達(dá)到遠(yuǎn)程終端的嵌入式系統(tǒng)軟件的在線升級(jí)目的。在線升級(jí)實(shí)現(xiàn)流程如圖2所示。

2 嵌入式系統(tǒng)在線升級(jí)的設(shè)計(jì)
2．1 硬件平臺(tái)
筆者設(shè)計(jì)的嵌入式系統(tǒng)，其硬件結(jié)構(gòu)主要包括一個(gè)片外EEPROM、微處理器LM3S6965及相應(yīng)的接口電路。LM3S6965處理器是Luminary Micro公司生產(chǎn)的Stellaris系列微控制器，該芯片內(nèi)部具有256 kB FLASH和64 kB SRAM，LM3S6965芯片能夠提供高效的性能，廣泛的集成功能，適用于各種關(guān)注成本并明確要求具有過(guò)程控制以及連接能力的應(yīng)用方案，此微處理器是針對(duì)工業(yè)的應(yīng)用方案而設(shè)計(jì)的，這些方案包括遠(yuǎn)程監(jiān)控、測(cè)試和測(cè)量設(shè)備等。