ARM和GPRS相配合的軟件無線升級系統(tǒng)

2.2.2　終端應(yīng)用程序設(shè)計
　　終端應(yīng)用程序設(shè)定的起始地址是STR710Z2T6的0x40004000處，并可占用之后的整個Flash空間。終端應(yīng)用程序不但完成日常各項工作任務(wù)，而且還負(fù)責(zé)接收監(jiān)控中心服務(wù)器發(fā)送的應(yīng)用程序升級命令。當(dāng)收到升級命令后，終端回應(yīng)服務(wù)器此時若接收升級代碼，則應(yīng)用程序?qū)⑸壈凑諑姆绞酵ㄟ^GPRS模塊從服務(wù)器下載到終端，通過校驗后保存到終端外部Flash存儲器SST39VF1601中，下載成功后置位升級標(biāo)志和記錄升級包版本號以備引導(dǎo)程序升級。由于升級包的下載過程可看成是數(shù)據(jù)傳輸過程，應(yīng)用程序可在下載升級包的同時進(jìn)行其他任務(wù)，且不影響終端的正常工作。當(dāng)終端應(yīng)用程序下載完升級包之后，應(yīng)用程序?qū)Ρ匾默F(xiàn)場進(jìn)行保存然后主動復(fù)位，微控制器啟動之后直接執(zhí)行引導(dǎo)程序，并進(jìn)行Flash編程。由于很多系統(tǒng)終端日常任務(wù)繁多，可通過程序中相應(yīng)的設(shè)置，使新代碼下載和Flash編程盡量選擇在終端可能空閑的時間段，從而盡可能地減少升級應(yīng)用程序?qū)K端正常工作的影響。
3　通信協(xié)議的設(shè)計
　　參照通信規(guī)約和已存在的無線配電監(jiān)控系統(tǒng)的協(xié)議，本文定義了3種類型的協(xié)議幀：服務(wù)器請求升級幀、升級代碼數(shù)據(jù)幀和終端回應(yīng)幀。
　　協(xié)議幀公共數(shù)據(jù)段：

服務(wù)器請求升級幀幀格式如下：

升級代碼數(shù)據(jù)幀幀格式如下：

終端回應(yīng)幀幀格式如下：

通信幀部分?jǐn)?shù)據(jù)段說明：
　?、?數(shù)據(jù)長度。表示數(shù)據(jù)域的字節(jié)數(shù)（由2字節(jié)構(gòu)成），為0時表示無數(shù)據(jù)，其值為此數(shù)據(jù)段到校驗和之前的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)之和。
　?、?升級軟件版本號。無線監(jiān)控系統(tǒng)終端收到升級請求幀之后，將此數(shù)據(jù)段和其本身的軟件版本進(jìn)行比較。如果版本號小于將要升級的軟件版本，終端將回應(yīng)服務(wù)器同意升級，否則放棄升級。
　　③ 升級文件長度。用來判斷存儲空間夠不夠存放將要升級的文件，以及升級代碼是否傳輸完畢[4]。
4　終端編程注意事項
　?。?） 編程代碼大小。IAP編程是用戶的IAP代碼對片內(nèi)Flash存儲器進(jìn)行擦除/編程的過程。由于片內(nèi)Flash存儲空間的限制以及代碼存儲空間的限定，編程時不但需要控制IAP自身代碼量的大小，而且還要控制終端應(yīng)用程序代碼的大小，絕對不能夠超出所指定的存儲范圍。
　　（2） 提高遠(yuǎn)程升級速度的措施。為了提高系統(tǒng)遠(yuǎn)程升級的速度，在代碼傳輸過程本文采取3種措施：
　?、?數(shù)據(jù)壓縮。數(shù)據(jù)壓縮是解決由于數(shù)據(jù)大而導(dǎo)致整個下載過程時間長問題的最有效的辦法，本系統(tǒng)中服務(wù)器將升級代碼進(jìn)行壓縮，終端設(shè)備接收到之后進(jìn)行解壓、存儲。由于應(yīng)用程序的代碼滿足ARM指令集的特征，所以壓縮效率較高。
　?、?應(yīng)用程序分塊加載。在日常系統(tǒng)維護(hù)中，無論對系統(tǒng)進(jìn)行升級或是修改程序中的“bug”,其實修改的只是程序中的一小部分，而大部分程序還保持原樣。因此，合理的方法是只把修改的代碼，而不是把整個二進(jìn)制文件下載到遠(yuǎn)程終端。具體的實現(xiàn)辦法是，建立分散文件，在其中按功能將應(yīng)用程序劃分為多個裝載區(qū)，并為每個裝載區(qū)留有足夠大的空間，為以后的升級、修改做準(zhǔn)備。這種做法大大減小了數(shù)據(jù)傳輸量，提高了軟件升級速度。
　?、?小數(shù)據(jù)塊傳輸。由于系統(tǒng)采用錯誤重傳機制，根據(jù)實際應(yīng)用經(jīng)驗，數(shù)據(jù)塊越大出現(xiàn)錯誤的機率就越大；同時，由于數(shù)據(jù)塊大，傳輸一幀的速率較低，雖然接收到的數(shù)據(jù)幀較大，但由于錯誤的機率和傳輸?shù)乃俾剩炊斐尚实拖?。采用小?shù)據(jù)塊傳輸，雖然一幀數(shù)據(jù)塊小，但彌補了上述不足。
　?。?） 遠(yuǎn)程通信的誤碼處理。程序代碼傳輸過程中，終端校驗數(shù)據(jù)正確后存入SST39VF1601，檢驗錯誤時向服務(wù)器返回錯誤的編碼和幀序號并請求重發(fā)，直到檢測到結(jié)束幀為止。服務(wù)器發(fā)送最后一幀時，如果該幀的數(shù)據(jù)長度不夠，用00填充直到滿足協(xié)議中規(guī)定的長度。對于數(shù)據(jù)傳輸過程中產(chǎn)生的誤碼，系統(tǒng)采用最有效的解決辦法是CRC循環(huán)冗余效驗和重傳機制。
　?。?） 相同的存儲區(qū)，不同的運行區(qū)域。由于需要對Flash進(jìn)行編程，但是對Flash操作的代碼不能在Flash本身運行，因此這部分代碼必須在內(nèi)部RAM中運行?？梢酝ㄟ^分散加載文件設(shè)置函數(shù)的運行空間。
　?。?） 用戶中斷。在系統(tǒng)中IAP程序燒寫在從0x00000000開始的兩個Flash扇區(qū)內(nèi)，而用戶程序則是存儲在從0x40004000開始的Flash空間中。如果用戶程序產(chǎn)生中斷，那么內(nèi)核會讀取到IAP的向量表，導(dǎo)致程序跑飛。解決辦法是，在跳轉(zhuǎn)到用戶程序之前，IAP程序把用戶程序的向量表拷貝到片內(nèi)RAM中，然后將RAM重映射到0x00000000地址，最后進(jìn)行跳轉(zhuǎn)，這樣就可以保證0x00000000地址有用戶程序的向量表。
　　由于RAM的起始地址用來存放用戶程序的中斷向表，往其中寫入數(shù)據(jù)時，需保證這些向量表不被覆蓋，故IAP程序、用戶程序的RW base使用的是0x20000100[5]。
結(jié)語
　　本文利用ARM微控制器和GPRS模塊，提出了一種解決無線監(jiān)控系統(tǒng)終端軟件升級和維護(hù)困難問題的方案。相信在未來通信方式更加先進(jìn)、微控制器性能更加優(yōu)越的基礎(chǔ)上，軟件無線升級技術(shù)的應(yīng)用會越來越廣泛。