基于GPRS的嵌入式系統(tǒng)軟件的遠(yuǎn)程在線升級
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隨著電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)、軍事、通信、信息家電等領(lǐng)域，但是面對新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)和對系統(tǒng)功能、性能以及規(guī)模要求的不斷提高，開發(fā)者必須能夠針對客戶的需求及時對系統(tǒng)進(jìn)行升級或維護(hù)，以延長系統(tǒng)使用周期，改善系統(tǒng)性能，增強(qiáng)系統(tǒng)適應(yīng)性。
傳統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)升級方式通常由維護(hù)人員到達(dá)設(shè)備現(xiàn)場，開箱重寫或者更換FLASH存儲部件，當(dāng)設(shè)備數(shù)目龐大并且分布范圍廣泛時，這種升級維護(hù)方式的工作量將非常大，而且耗費(fèi)的時間長、成本高。近年來通過以太網(wǎng)和在FLASH上建立TFFS文件系統(tǒng)的方法，能很好地解決批量升級的問題。但對于野外偏遠(yuǎn)地區(qū)或海上等有線網(wǎng)絡(luò)無法到達(dá)的地方，此方法也難以實(shí)現(xiàn)。
在此提出基于GPRS的嵌入式系統(tǒng)軟件的遠(yuǎn)程在線升級方案，利用GPRS網(wǎng)絡(luò)無需現(xiàn)場布線和“實(shí)時在線”、“按量計費(fèi)”、“快捷登錄”、“高速傳輸”的特點(diǎn)，只要遠(yuǎn)程終端在移動公網(wǎng)覆蓋的范圍內(nèi)，均可實(shí)現(xiàn)升級數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸；為了克服無線網(wǎng)絡(luò)相對有線網(wǎng)絡(luò)因地形或環(huán)境等因素造成誤碼或掉線的不足，采用應(yīng)答機(jī)制與斷點(diǎn)續(xù)傳技術(shù)，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性和可靠性；通過對嵌入式芯片內(nèi)部FLASH存儲器的存儲空間進(jìn)行劃分和升級文件傳輸?shù)臄?shù)據(jù)格式進(jìn)行定義，再利用IAP技術(shù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)軟件的在線升級，較好地解決了數(shù)量龐大并且分布范圍較廣的設(shè)備在線升級或維護(hù)的問題。
1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，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(以下簡稱ARM芯片)和GPRS Modem模塊，兩者之間通過RS 232總線連接；服務(wù)器與遠(yuǎn)程終端通過GPRS進(jìn)行通信。用戶需要升級遠(yuǎn)程終端時，首先將服務(wù)器端的升級標(biāo)志位置1，通過GPRS將升級標(biāo)志位傳給遠(yuǎn)程終端，遠(yuǎn)程終端上電后將自動檢測升級標(biāo)志位，若標(biāo)志位為1表示需要升級，否則不升級。然后，服務(wù)器將升級文件通過GPRS透明的下載到遠(yuǎn)程終端，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸及更新，從而達(dá)到遠(yuǎn)程終端的嵌入式系統(tǒng)軟件的在線升級的目的。
2 遠(yuǎn)程終端軟件升級的關(guān)鍵技術(shù)
2．1 FLASH存儲器編程
遠(yuǎn)程終端的升級主要是對ARM芯片內(nèi)部FLASH存儲器的數(shù)據(jù)進(jìn)行擦除及下載，目前很多ARM芯片支持多種方式對FLASH進(jìn)行編程，ARM芯片內(nèi)部FLAsH存儲器的編程有JTAG，ISP和IAP三種方式：JTAG編程主要用于產(chǎn)品開發(fā)期的調(diào)試；ISP需要提供一定的硬件資源和中止應(yīng)用軟件的運(yùn)行，適用于便攜式設(shè)備的升級；IAP與ISP非常相似．主要區(qū)別是IAP允許在應(yīng)用程序正常運(yùn)行的情況下，對FLASH存儲器中另外一段程序進(jìn)行讀／寫操作，甚至可以控制對某段、某頁的讀／寫操作，為數(shù)據(jù)存儲和固件的自動升級帶來了極大的靈活性。該方案通過GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸升級文件的程序代碼，利用ARM內(nèi)部的FLASH存儲器及其IAP編程，實(shí)現(xiàn)終端的嵌入式系統(tǒng)軟件的遠(yuǎn)程無線在線升級。有關(guān)IAP的命令碼、狀態(tài)碼和命令詳解以及IAP功能的詳細(xì)應(yīng)用見參考文獻(xiàn)。
2．2 遠(yuǎn)程終端的程序設(shè)計
為了在線升級，將ARM芯片內(nèi)部FLASH存儲器按圖2所示劃分為啟動區(qū)、用戶代碼跳轉(zhuǎn)區(qū)、用戶代碼1區(qū)和用戶代碼2區(qū)。其中啟動區(qū)用于存放系統(tǒng)初始化和啟動代碼，用戶代碼跳轉(zhuǎn)區(qū)用于存放跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)用戶代碼區(qū)的指令．用戶代碼1區(qū)和用戶代碼2區(qū)用于交替存放當(dāng)前終端正在執(zhí)行的用戶代碼和升級的用戶代碼。若當(dāng)前終端執(zhí)行的用戶程序存放在1區(qū)，則將接收到的升級程序存放到2區(qū)；待升級程序接收結(jié)束后，更改用戶代碼跳轉(zhuǎn)區(qū)的指令，使其指向升級程序，即用戶代碼2區(qū)；此后用戶代碼2區(qū)的程序成為當(dāng)前終端指向的用戶程序，而用戶代碼1區(qū)則用于下次升級代碼的存放區(qū)。
遠(yuǎn)程終端上電后首先進(jìn)入啟動區(qū)進(jìn)行系統(tǒng)的初始化；接著終端從片外的E2PROM中讀取升級配置，包括升級標(biāo)志位、已接收到的最后一個數(shù)據(jù)包的ID等。若終端處于升級狀態(tài)，則如圖3所示，向服務(wù)器發(fā)所要升級數(shù)據(jù)的指令，而且指令中將包含終端上次已接收到的最后一個數(shù)據(jù)包的ID，這樣可以避免已接收的數(shù)據(jù)包的重復(fù)發(fā)送，并實(shí)現(xiàn)續(xù)傳的功能。終端從GPRS網(wǎng)絡(luò)接收數(shù)據(jù)包后對數(shù)據(jù)包進(jìn)行解析和校驗(yàn)判斷，并與服務(wù)器形成一問一答的應(yīng)答機(jī)制。FLASH中進(jìn)行數(shù)據(jù)編程的最小單位是頁(512個字節(jié))，當(dāng)接收到的升級數(shù)據(jù)達(dá)到1頁后．通過IAP進(jìn)行編程。如果當(dāng)前運(yùn)行的用戶程序代碼在1區(qū)，則把升級數(shù)據(jù)保存到2區(qū)，否則保存到1區(qū)。編程成功后，將最后一條數(shù)據(jù)包的ID保存到E2PROM中。所有升級數(shù)據(jù)發(fā)送結(jié)束并編程成功后，通過IAP修改用戶代碼跳轉(zhuǎn)區(qū)的指令，使遠(yuǎn)程終端運(yùn)行新的升級代碼。
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