CN101730882A - 网络终端的鲁棒性固件升级 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种网络终端和用于升级宽带终端中的固件的方法，所述终端包括至网络的接口和用于只存储一个版本的固件的非易失性存储器，所述固件包括第一固件和第二固件，所述方法在终端侧包括下述步骤：从非易失性存储器中擦除第一固件；从网络上的服务器下载救援固件至所述非易失性存储器，所述救援固件使所述终端能够从所述服务器下载所述固件；用所述第二固件和救援固件重新启动所述终端；从所述服务器下载新版本的第一和第二固件至所述非易失性存储器；从非易失性存储器中擦除所述救援固件；并用所述新版本的第一和第二固件重新启动所述终端。

Description

网络终端的鲁棒性固件升级
技术领域
本发明总体上涉及用于远程固件升级的方法，更具体地，涉及鲁棒性(robust)和透明性(transparent)的远程固件升级方法。
背景技术
本部分向读者介绍可能与本发明的各个方面相关的现有技术，相信能够向读者提供有用的背景信息，从而有助于读者更好地理解本发明的各个方面。因此，可以理解，本部分的说明是用于上述目的，而并非构成对现有技术的承认。
客户端设备(即CPE)、特别是数字用户线网关(即DSL网关)包括广域网(即WAN)接口。通过位于WAN的中央管理平台可以对CPE进行管理。
2006年11月的DSL论坛技术报告的TR-069修改1“CPE WAN管理协议”(即TR-069)对用于DSL网关的管理协议进行了详细的定义。可以通过中央管理平台触发和执行远程软件升级。一种用于固件升级的公知方法使用双闪存结构。嵌入在网关中的固件持续地(persistently)存储在闪存中。如果闪存的容量足够大，即大于存储固件图像所需容量的两倍，则可以使用双存储库闪存结构(dual bank flash architecture)。在双存储库闪存中，存储器被分为两个单独的存储区。在远程升级过程中，一个存储库是有效的并支持全部服务，而新固件被下载至第二存储库。当下载结束后，网关可以从具有旧固件的一个存储库切换至具有新固件的另一个存储库。这种方法是鲁棒性的，旧固件仍保持可用。这样当新固件被破坏时仍可以恢复。因为用新固件进行重新启动(reboot)非常快，服务中断(serviceinterruption)也被最小化。这种结构的主要缺点就是两个闪存的成本高。
某些方法采用单闪存进行固件升级。这些方法的主要缺点是巨量的服务中断以及鲁棒性不能得到完全保证的事实。在将新固件写入闪存的关键期(critical period)，存储在闪存中的旧固件被擦除，并且在没有最终用户接入的情况下不可能存在任何后备应对(fall back)。
希望这种远程软件升级尽可能对于最终用户是透明的。远程升级应该是鲁棒性的，即，在出现故障并且远程升级失败的情况下，应当有一个后备应对情况，即需要尽可能少的最终用户介入。服务中断应当被最小化，即，理论上在完全的远程升级过程中最终用户能够使用网关提供的全部服务。
发明内容
本发明涉及用于鲁棒性和透明的远程固件升级的方法和系统。
本发明的一个方面涉及一种用于升级网络终端中的固件的方法，所述网络终端包括至网络的接口和用于只存储一个版本的固件的非易失性存储器，所述固件包括第一固件和第二固件，所述方法在终端侧包括下述步骤：从非易失性存储器中擦除第一固件；从网络上的服务器下载救援固件(rescue firmware)至所述非易失性存储器，所述救援固件使所述终端能够从所述服务器下载所述固件；用所述第二固件和救援固件重新启动所述终端；从所述服务器下载新版本的第一和第二固件至所述非易失性存储器；从非易失性存储器中擦除所述救援固件；并用所述新版本的第一和第二固件重新启动所述终端。
根据本发明的一个实施方式，所述救援固件包括用于从服务器下载新版本的固件的装置。
根据本发明的一个实施方式，所述救援固件包括能够访问因特网的网络协议栈软件。
根据本发明的一个实施方式，所述救援固件包括遵从DSL论坛技术报告TR-069的管理协议。
根据本发明的一个实施方式，所述第一固件包括在第一固件升级过程中必要的服务，所述第二固件包括在固件升级过程中非必要的服务。
本发明的另一个方面提供了一种网络终端，包括网络接口和用于只存储一个版本的固件的非易失性存储器。所述终端包括用于从网络上的服务器下载和升级固件并且如果所述固件升级失败则从所述服务器恢复所述固件的装置。
下面将对本发明的实施方式进行说明。可以理解，这些实施方式用于对如何实施本发明进行简要说明，而并非用于限制本发明的范围。事实上，本发明还可以包括本说明书未进行说明的其他实施方式。
通过下面结合实施方式的详细说明，本发明的上述方面、特点和优势将得到更清楚的理解。
附图说明
图1是根据本发明的系统的框图；
图2是根据本发明的终端的框图；
图3是根据本发明第一实施方式的固件升级的流程图；
图4是根据本发明第二实施方式的固件升级的流程图；和
图5是固件升级的另一流程图。
具体实施方式
在图2中，方框表示纯功能性实体，其未必对应于物理上分离的实体。即，这些方框可以用软件或者硬件的形式来实现，或者在一个或多个集成电路中执行。
通过DSL网络的结构来说明本发明的实施方式，但是本发明并不局限于此特定环境，而是可以适用于连接至网络的装置从位于网络上的其他装置进行固件升级的其他结构。具体而言，本发明适用于任何宽带装置以及任何移动装置。
图1说明了根据本发明实施方式的系统。该系统包括能够提供新固件的服务器。系统还包括通过因特网连接至服务器的CPE。当然，该CPE可以通过任何宽带网络连接至所述服务器。
图2说明了根据本发明实施方式的CPE的主要元件。该CPE包括处理模块10和与位于因特网上的服务器进行通信的通信模块11。该CPE还包括本领域公知的闪存12和随机访问存储器即RAM 13。所有的模块都通过内部总线14互连。闪存是非易失性存储器，其在未加电时也能保存存储的信息。所述闪存的存储容量优化为使所述闪存只存储一个版本的所述固件。该CPE还包括下载模块15，用于如后所述从服务器下载固件。所述下载模块还可以在升级失败时访问所述固件的基本部分(essential part)版本。该CPE在存储器中存储该固件的一个版本，或者其存储可以从远程服务器上获得的固件版本的指针。下面将对所述下载过程进行详细说明。
所述固件被分为两个部分，这两个部分不必是具有相同大小。第一部分包括内核源代码(Core Kernel)和内核文件系统(Core File System)。所述第二部分包括扩展固件(Extended firmware)。
第一部分支持在远程升级过程中被认为是必要的服务。第二部分支持在远程升级过程中可以暂停的(suspended)服务。可以暂停的服务的选择在网关的构建系统(build system)中可配置。
内核源代码包括在启动时加载但在运行时非必要的文件。这些文件是kernel和kernel模块。这些模块存储在分别的文件系统中，即modfs中。系统未对运行时存储在modfs中的文件保留任何标记，例如打开文件描述符(open file descriptor)。随后就可能用新版本重写内核源代码部分而不打断运行的程序。当然，这需要文件在该时未试图加载任何新模块，可以通过已知方式来避免这种情况。具体地，内核源代码包括vmlinux，一个包括Linux kernel和modfs的链接可执行文件(linked executable file)，其在文件中存储的模块上存储特定信息。
内核文件系统包括必要服务，即在运行时使用的根文件系统，例如应用程序、库和配置文件。必要服务通常在产品功能列表(feature list)的顶部，是最终用户最常用的服务。
扩展固件包括对于最终用户非必要的附加服务。在网关中，扩展服务包括但不局限于用于进行USB存储装置连接的USB支持服务和用于使得磁盘在本地网络可见的Samba服务。
救援固件定义了轻量的固件块，其只执行下载可以从远程管理服务器上获得的新固件的功能。救援固件包括用于联络服务提供者的服务器并下载新固件的装置。救援固件包括可以访问因特网的网络协议栈软件。其支持服务器可以理解的协议，例如TR-069。
闪存容量被适配为当扩展固件被从闪存中擦除时所述救援固件可配置在所述闪存中。
如图3所示，在步骤S1，扩展固件被从闪存和RAM中擦除，然后在步骤S2，救援固件被下载。在步骤S3，救援固件被加载至闪存，CPE采用救援固件重新启动。随后，在步骤S4，内核(Core)和扩展固件被下载至RAM。在步骤S5，内核被加载至闪存，救援固件被从闪存中擦除，扩展固件被加载至闪存，并且CPE重新启动。
根据图3所示方法，如果闪存上的救援固件被破坏，原始内核仍然存在。并且在新内核固件被损坏的情况下救援固件仍然可以使用。因此，该系统在没有任何最终用户介入的情况下可以恢复。
根据此第一实施方式，在步骤S3与S5之间(包括端点)没有服务提供给最终用户。第二实施方式解决了这个问题，并缩短了无法提供服务的期间。在第二实施方式中，内核固件被分为两个部分：内核源代码和内核文件系统。这两个部分被下载并随后写入至闪存。内核源代码包括kernel和模块文件。一旦其在启动时加载至RAM中，在运行时在闪存中即不需要。内核源代码可以在闪存中用新版本重写而不打断运行的程序。内核文件系统包括在运行时使用的根文件系统。
如图4所示，固件升级如下所示。在步骤S’1，从闪存和RAM中擦除扩展固件。在步骤S’2，下载救援固件，在步骤S’3，救援固件被加载至闪存。内核源代码被从闪存中擦除。在步骤S’4，下载新内核源代码，在步骤S’5，新内核源代码被写入至闪存。在步骤S’6，下载新内核文件系统并且验证其完整性。
在步骤S’7，CPE采用新内核源代码和新内核文件系统进行重新启动，执行过程如下：
-在RAM中创建pivot应用程序(pivot-application)，即生成一小根文件系统tmpfs；
-关闭全部服务并且从RAM中开始pivot应用程序，其独立于闪存中的根文件系统；
-pivot应用程序从闪存中擦除内核文件系统，并用新内核文件系统取代；
-然后CPE重新启动，并从新内核源代码和新内核文件系统启动。
然后在步骤S’8下载扩展固件，并在步骤S’9将其写入至闪存。在步骤S’7中最终用户无法得到服务。但是与第一实施方式相比这个时间要短得多。
固件升级也示于图5中。
说明书、权利要求书和附图中的说明可以单独或者以适当的结合方式提供。技术特征可以通过软件、硬件或者二者的结合来实现。
说明书中的“一个实施方式”或“实施方式”表示与实施方式相关的特定的元素、结构或特征，其可以包括在本发明的至少一个实施方案中。说明书中不同部分所用的“在一个实施方式中”并不必然表示相同实施方式。单独或替代实施方式也不必然与其他实施方式相互排斥。
权利要求中的附图标记仅用于说明目的，并不限制权利要求的范围。

Claims (6)

1.一种用于升级网络终端(1)中的固件的方法，所述网络终端(1)包括至网络(3)的接口(11)和用于只存储一个版本的固件的非易失性存储器(12)，所述固件包括第一固件和第二固件，所述方法在终端侧包括下述步骤：
从非易失性存储器中擦除(S1)第一固件；
从网络上的服务器下载(S2)救援固件至所述非易失性存储器，所述救援固件使所述终端能够从所述服务器下载所述固件；
用所述第二固件和救援固件重新启动(S3)所述终端；
从所述服务器下载(S4)新版本的第一和第二固件至所述非易失性存储器；
从非易失性存储器中擦除(S5)所述救援固件；和
用所述新版本的第一和第二固件重新启动(S5)所述终端。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述救援固件包括用于从所述服务器下载新版本的固件的装置。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述救援固件包括能够访问因特网的网络协议栈软件。
4.根据权利要求1-3中任一所述的方法，所述救援固件包括遵从DSL论坛技术报告TR-069的管理协议。
5.根据权利要求1-4中任一所述的方法，其中所述第一固件包括在第一固件升级过程中必要的服务，所述第二固件包括在固件升级过程中非必要的服务。
6.一种网络终端(1)，包括至网络的接口(11)和用于只存储一个版本的固件的非易失性存储器(12)，所述终端(1)包括：
用于从网络上的服务器下载和升级固件并且如果所述固件升级失败则从所述服务器恢复所述固件的装置(16)。
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