CAN總線分布式嵌入式系統(tǒng)的升級設(shè)計

引言
嵌入式系統(tǒng)具有智能化程度高、體積小、可靠性高、實時性強等諸多優(yōu)點，已經(jīng)越來越多地應(yīng)用于消費電子、工業(yè)控制、汽車電子等各個行業(yè)。往往一個大的系統(tǒng)又由許多小的嵌入式系統(tǒng)共同構(gòu)成，它們之間通過相互通信協(xié)同完成各種檢測控制任務(wù)，構(gòu)成分布式嵌入式系統(tǒng)。汽車電子系統(tǒng)中的車載GPS、倒車?yán)走_、發(fā)動機控制、儀表盤系統(tǒng)等，數(shù)控機床中的鍵盤顯示系統(tǒng)、馬達控制系統(tǒng)等，這些無一不是嵌入式系統(tǒng)的具體應(yīng)用。
眾多嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用也為軟件升級帶來了諸多困難，主要有以下幾點：
①這些系統(tǒng)分處于大系統(tǒng)的各個位置，單獨對每個系統(tǒng)進行升級比較困難；
②某些系統(tǒng)為了滿足保密和可靠性的要求，對系統(tǒng)進行了永久密封，只預(yù)留了通信和電源端口，這就更不可能單獨對它進行升級。
針對這些問題，本文提出一種利用CAN總線的分布式嵌入式系統(tǒng)升級方案，實現(xiàn)了多點、單點甚至全系統(tǒng)的升級，其他種類的通信端口與此類似。

1 系統(tǒng)架構(gòu)
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

整個系統(tǒng)由多個獨立的完成一定功能的嵌入式模塊、CAN總線和一個用于對整個系統(tǒng)進行升級的控制模塊組成。其中，控制模塊也可以是其中一個功能模塊。在每個功能模塊上安裝有獨立的引導(dǎo)程序，可以看作該模塊的Bootloader，該引導(dǎo)程序永久固化在模塊內(nèi)，不隨程序升級而升級。在該引導(dǎo)程序中嵌入CAN總線通信程序。正常工作情況下每個功能模塊單獨或通過CAN總線與其他模塊協(xié)同工作。當(dāng)需要對某個模塊進行軟件升級時，通過系統(tǒng)升級控制模塊向該模塊發(fā)送升級命令，該模塊接收到命令后即跳轉(zhuǎn)至引導(dǎo)程序，并等待系統(tǒng)升級模塊發(fā)送升級數(shù)據(jù)，升級結(jié)束后再跳回至應(yīng)用程序。

2 系統(tǒng)實現(xiàn)
2．1 在線升級的實現(xiàn)原理
采用ST公司基于ARM Cortex-M3核心的32位嵌入式處理器STM32F103VC，其片上Flash為主存儲區(qū)。應(yīng)用程序代碼是存儲在閃存(Flash)中的(0x0800C3000～0x0807FFFF)，而Flash是按Page來管理的，所以可以把Flash分成幾個區(qū)域來使用。在本系統(tǒng)中將Flash分成兩個區(qū)域，其中一個為前面提到的引導(dǎo)程序區(qū)，另外一個為應(yīng)用程序區(qū)。Flash分區(qū)如圖2所示。

芯片上電后，STM32F103VC會自動跳轉(zhuǎn)到0x08000000地址執(zhí)行后面的程序。而一個工程的起始位置(也就是main函數(shù)的地址)具體映射到Flash的地址是可以設(shè)置的。在本系統(tǒng)的設(shè)計中，在Flash放了兩個main函數(shù)。引導(dǎo)程序用于對應(yīng)用程序的升級和上電后跳轉(zhuǎn)至應(yīng)用程序，應(yīng)用程序則完成相應(yīng)的模塊功能。這兩個區(qū)域通過特定的指令可以實現(xiàn)相互的跳轉(zhuǎn)，并以此實現(xiàn)在線升級。
2．2 硬件系統(tǒng)
STM32F103VC處理器具有高性能、低成本、低功耗等特點。該處理器片上外設(shè)豐富，具有多個系統(tǒng)定時器、CAN通信接口、USART通信接口、DMA等豐富的資源，并且借助于ST公司提供的固件庫，可以很容易地對系統(tǒng)資源進行操作。該處理器集成了256 KB片上Flash和64KB片上SRAM，足以應(yīng)對大多數(shù)任務(wù)。為實現(xiàn)CAN總線通信，只需要為STM32F103VC添加一片CAN驅(qū)動芯片進行電平轉(zhuǎn)換。
系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。