CN102298526B - 一种基于无外扩存储器单片机的外设设备程序升级方法 - Google Patents
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Abstract
本次发明提供一种基于自身不带外扩存储器的单片机外设设备程序远程升级的方法。一种主从设备通讯系统，包括一个主机设备和多个外设设备，其中主机设备与各个外设设备之间通过物理方式（如RS‑232/ RS‑485/CAN总线等）建立稳定的通讯连接，并且外设设备的程序设计采取BootLoader程序引导主程序启动的方式，借助主机的存储空间，利用外设设备与主机之间的通讯通道，双方根据事先约定的协议进行通信，由主机进行识别并加以控制，实现外设设备程序的远程升级。采用本发明的优点是无需对主机硬件和外设硬件做任何改动，整个机制全部通过软件和协议上的交互来完成，通用性好，可扩展性强。
Description
技术领域
本发明涉及单片机系统领域，尤其涉及一种基于自身不带外扩存储器的单片机外设设备程序远程升级的方法。
背景技术
对于电子产品而言，单片机系统的应用之广泛，可谓家喻户晓。目前，随着芯片性能和应用技术的不断提升，特别是ARM Cortex-M系列32位单片机的切入，单片机系统已经不仅仅满足于低成本、低功耗、简单易用等传统特点，越来越多的高级需求逐渐被提上议程，包括智能化的人机操作界面、全方位的远程升级功能等等，特别是后者，通过它能够在不收回产品的情况下实现固件程序的在线更新，为产品的升级以及功能的完善提供强有力的技术支持。
众所周知，在大多数主从设备的应用场合下，从设备(以下称外设设备)经常由单片机系统构成，成本低廉、系统简单、性能稳定。在这种情况下，作为主机设备的一个附属设备，外设设备内置的存储空间都是很有限的，仅够存放本身的程序，无法留出足够的空间来存放备份程序以实现固件远程升级之用。而如果通过添置额外的存储器来满足使用要求，势必将增加硬件配置的成本费用，也不可取。在这种情况下，唯一可以加以利用的，就是控制该外设设备的主机设备及其双方之间的通讯通道。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种基于无外扩存储器单片机的外设设备程序升级方法。借助主机设备的存储空间，利用外设设备与主机设备之间的通讯通道，双方根据事先约定的协议进行通信，由主机设备进行识别并加以控制，实现外设设备程序的远程升级。其优点是无需对主机设备硬件和外设设备硬件做任何改动，整个机制全部通过软件和协议上的交互来完成，通用性好，可扩展性强。
本发明采用的解决方案是，一种基于无外扩存储器单片机的外设设备程序升级方法，包括一个主机设备和多个外设设备，其中主机设备与各个外设设备之间通过物理总线建立稳定的通讯连接，并且外设设备的程序设计均是采取BootLoader程序引导主程序启动的方式，该BootLoader程序通过端口向物理总线输出告知信号来指示系统的运行状态，并等待应答信号的输入来判断是否需要升级主程序，其步骤包括：
步骤1：主机设备通过有效方式获取到某个外设设备的最新程序文件；
步骤2：主机设备对该最新程序文件的有效性进行判定，若该最新程序文件有效，则执行步骤3；否则，返回执行步骤1；
步骤3：主机设备将该最新程序文件存储至该主机设备的本机存储器内，然后通过总线控制或者通知该外设设备重启；
步骤4：外设设备重启后，首先运行BootLoader程序，并发送指定协议的告知信号告知主机设备其BootLoader程序已启动；
步骤5：主机设备收到该外设设备的告知信号后，判断是否需要对其程序进行升级，如果需要，则通过总线向外设设备的BootLoader程序发出相应的应答信号；如果不需要，不予应答；
步骤6：外设设备如果在规定时间内收到主机设备的应答信号，则转入程序升级流程；否则，外设设备如果在规定时间内没有收到主机设备的应答信号，完成主程序加载过程，转入主程序开始正常运行；
步骤7：外设设备程序升级流程中，主机设备按照约定的流控方式，通过物理总线将该外设设备的最新程序文件传输给该外设设备，该外设设备接收后将其写入该外设设备的本地存储器，覆盖原程序，实现最新程序文件的远程升级；
步骤8：外设设备程序升级完毕之后，系统重新启动，外设设备再次首先运行BootLoader程序，发送指定协议的告知信号告知主机设备；
步骤9：主机设备收到该外设设备的告知信号后，判断当前是否仍处于外设设备程序升级的过程中，若是，则不予应答，执行步骤10；否则，结束本次升级流程，返回步骤3；
步骤10：外设设备的BootLoader程序在规定时间内没有收到主机设备的应答信号，自动转入主程序开始正常运行，并向主机设备发送连接注册请求，执行步骤11；
步骤11：主机设备在规定时间内收到外设设备的连接注册请求，则判定外设设备的程序已经成功升级完毕并正常运行，结束本次升级流程；否则，判定外设设备的程序升级失败，返回步骤3。
进一步的，所述的物理总线包括：RS-232、RS-486、CAN总线。采用常用、普遍的方式获取某个外设设备的最新程序文件，简单实用，效率高，速度快。
进一步的，所述步骤1中主机设备获取外设设备最新程序文件的有效方式包括：U盘读取、局域网传输、GPRS网络下载。采用常用、普遍的方式获取某个外设设备的最新程序文件，简单实用，效率高，速度快。
进一步的，所述步骤2中的主机设备对该最新程序文件的有效性判定流程为：
步骤200：主机设备获取到外设设备最新程序文件后，根据文件内容计算其双字节校验和，并与文件中所携带的校验值进行比较，若二者完全一致，则判定为该文件有效，转入步骤201，否则退出本判定流程；
步骤201：判断该最新程序文件中的设备类型是否与外设设备类型吻合，若是，则转步骤202，否则退出本判定流程；
步骤202：读取外设设备中的程序文件版本，判断该程序文件版本是否能够被最新程序文件中的版本升级；若是，则该最新程序文件有效，开始启动升级流程，否则退出本判定流程。
进一步的，所述的步骤6中的规定时间为5秒。
进一步的，所述步骤10中的规定时间为5秒。
进一步的，所述步骤11中的规定时间为3分钟。
本发明的一种基于无外扩存储器单片机的外设设备程序升级机制。借助主机的存储空间，利用外设设备与主机之间的通讯通道，双方根据事先约定的协议进行通信，由主机进行识别并加以控制，实现外设设备程序的远程升级。其优点是无需对主机硬件和外设设备硬件做任何改动，整个机制全部通过软件和协议上的交互来完成，通用性好，可扩展性强。
附图说明
图1为本发明实施例的流程图；
图2为本发明实施例的结构框图；
图3为本发明实施例中的主机设备的程序运行流程示意图；
图4为本发明实施例中的外设设备的程序运行流程示意图。
具体实施方式
现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
参考图1，图2所示，本发明的一种基于无外扩存储器单片机的外设设备程序升级方法，以车载定位终端系统为例。车载定位终端系统包括：主机设备1和其连接的外设设备(包括调度屏2、油耗检测盒3、碰撞侧翻检测盒4、行驶记录仪扩展盒5)，主机设备1与各个外设设备(包括调度屏2、油耗检测盒3、碰撞侧翻检测盒4、行驶记录仪扩展盒5)之间通过RS232串口，遵循约定的通信协议进行通讯。其中调度屏负2责实现人机交互，油耗检测盒3负责实现车辆设备的油耗数据实时采集和上报，碰撞侧翻检测盒4负责检测车辆是否发生了侧翻或者碰撞情况并产生报警信号通知主机，行驶记录仪扩展盒5负责实现车辆行驶数据的采集和相关处理。整个系统中，除主机设备1之外，其他的各个外设设备(包括调度屏2、油耗检测盒3、碰撞侧翻检测盒4、行驶记录仪扩展盒5)均由ARM Cortex-M3系列CPU单片机系统组成，Flash存储空间最大不超过256KB，SRAM空间最大不超过64KB，存放完主程序之后，剩余的空间不够用来实现各自程序的远程升级功能。为了实现远程升级功能，我们采用本发明的设计方案：主机设备1和外设设备(包括调度屏2、油耗检测盒3、碰撞侧翻检测盒4、行驶记录仪扩展盒5)，主机设备与各个外设设备(包括调度屏2、油耗检测盒3、碰撞侧翻检测盒4、行驶记录仪扩展盒5)之间通过RS232串口，遵循约定的通信协议进行通讯。其中，调度屏2、油耗检测盒3、碰撞侧翻检测盒4、行驶记录仪扩展盒5的程序设计均是采取BootLoader程序引导主程序启动的方式，该BootLoader程序通过端口向物理总线输出告知信号来指示系统的运行状态，并等待应答信号的输入来判断是否需要升级主程序，其步骤包括：
步骤1：主机设备1通过有效方式(包括：U盘读取、局域网传输、GPRS网络下载)获取到某个外设设备(调度屏2或油耗检测盒3或碰撞侧翻检测盒4或行驶记录仪扩展盒5)的最新程序文件；
步骤2：主机设备1对该最新程序文件的有效性进行判定，若该最新程序文件有效，则执行步骤3；否则，返回执行步骤1；其中，有效性的判定流程为：
步骤200：主机设备1获取到外设设备(调度屏2或油耗检测盒3或碰撞侧翻检测盒4或行驶记录仪扩展盒5)最新程序文件后，根据文件内容计算其双字节校验和，并与文件中所携带的校验值进行比较，若二者完全一致，则判定为该文件有效，转入步骤201，否则退出本判定流程；
步骤201：判断该最新程序文件中的设备类型是否与外设设备(调度屏2或油耗检测盒3或碰撞侧翻检测盒4或行驶记录仪扩展盒5)的类型吻合，若是，则转步骤201，否则退出本判定流程；
步骤202：读取外设设备(调度屏2或油耗检测盒3或碰撞侧翻检测盒4或行驶记录仪扩展盒5)的程序文件版本，判断该程序文件版本是否能够被最新程序文件中的版本升级；若是，则该最新程序文件有效，开始启动升级流程，否则退出本判定流程。
步骤3：主机设备1将该程序文件存储至该主机设备1的本机存储器内，然后通过RS232总线控制或者通知该外设设备(调度屏2或油耗检测盒3或碰撞侧翻检测盒4或行驶记录仪扩展盒5)重启；
步骤4：外设设备(调度屏2或油耗检测盒3或碰撞侧翻检测盒4或行驶记录仪扩展盒5)重启后，首先运行BootLoader程序，并发送指定协议的告知信号告知主机设备1其BootLoader程序已启动；
步骤5：主机设备1收到该外设设备(调度屏2或油耗检测盒3或碰撞侧翻检测盒4或行驶记录仪扩展盒5)的告知信号后，判断是否需要对其程序进行升级，如果需要，则通过总线向外设设备(调度屏2或油耗检测盒3或碰撞侧翻检测盒4或行驶记录仪扩展盒5)的BootLoader程序发出相应的应答信号；如果不需要，不予应答；
步骤6：外设设备(调度屏2或油耗检测盒3或碰撞侧翻检测盒4或行驶记录仪扩展盒5)如果在5秒内收到主机设备1的应答信号，则转入程序升级流程；否则，外设设备(调度屏2或油耗检测盒3或碰撞侧翻检测盒4或行驶记录仪扩展盒5)如果在5秒内没有收到主机设备1的应答信号，完成主程序加载过程，转入各自的主程序开始正常运行；
步骤7：外设设备(调度屏2或油耗检测盒3或碰撞侧翻检测盒4或行驶记录仪扩展盒5)程序升级流程中，主机设备1遵循约定的RS232通信协议，将该外设设备(调度屏2或油耗检测盒3或碰撞侧翻检测盒4或行驶记录仪扩展盒5)的程序文件传输给该外设设备(调度屏2或油耗检测盒3或碰撞侧翻检测盒4或行驶记录仪扩展盒5)，该外设设备(调度屏2或油耗检测盒3或碰撞侧翻检测盒4或行驶记录仪扩展盒5)接收后将其写入该各自的的本地存储器，覆盖原程序，实现程序文件的远程升级；
步骤8：外设设备(调度屏2或油耗检测盒3或碰撞侧翻检测盒4或行驶记录仪扩展盒5)程序升级完毕之后，系统重新启动，外设设备(调度屏2或油耗检测盒3或碰撞侧翻检测盒4或行驶记录仪扩展盒5)再次首先运行BootLoader程序，发送指定协议的告知信号告知主机设备；
步骤9：主机设备1收到该外设设备(调度屏2或油耗检测盒3或碰撞侧翻检测盒4或行驶记录仪扩展盒5)的告知信号后，判断当前是否仍处于外设设备(调度屏2或油耗检测盒3或碰撞侧翻检测盒4或行驶记录仪扩展盒5)程序升级的过程中，若是，则不予应答，执行步骤10；否则，结束本次升级流程，返回步骤3；
步骤10：外设设备(调度屏2或油耗检测盒3或碰撞侧翻检测盒4或行驶记录仪扩展盒5)的BootLoader程序在5秒钟内没有收到主机设备1的应答信号，自动转入主程序开始正常运行，并向主机设备1发送连接注册请求，执行步骤11；
步骤11：主机设备1在3分钟内收到外设设备(调度屏2或油耗检测盒3或碰撞侧翻检测盒4或行驶记录仪扩展盒5)的连接注册请求，则判定外设设备(调度屏2或油耗检测盒3或碰撞侧翻检测盒4或行驶记录仪扩展盒5)的程序已经成功升级完毕并正常运行，结束本次升级流程；否则，判定外设设备(调度屏2或油耗检测盒3或碰撞侧翻检测盒4或行驶记录仪扩展盒5)的程序升级失败，返回步骤3。
为了进一步说明本发明实施例，结合图3、图4所示，说明在进行基于无外扩存储器单片机的外设设备程序升级过程中，主机设备1和外设设备(调度屏2或油耗检测盒3或碰撞侧翻检测盒4或行驶记录仪扩展盒5)各自的程序运行流程。
如图3所示，在进行基于无外扩存储器单片机的外设设备程序升级过程中，主机设备1的程序运行流程为：
步骤201：主机设备1程序处于正常运行过程中；
步骤202：主机设备1程序通过GPRS网络传输、U盘读取等方式，获取到某个外设设备(调度屏2或油耗检测盒3或碰撞侧翻检测盒4或行驶记录仪扩展盒5)的最新程序文件；
步骤203：主机设备1对该文件的内容进行比较和校验；
步骤204：文件内容校验失败，文件不可用，丢弃该文件，结束本次任务；
步骤205：文件内容校验通过，通知外设设备(调度屏2或油耗检测盒3或碰撞侧翻检测盒4或行驶记录仪扩展盒5)复位重启；
步骤206：外设设备(调度屏2或油耗检测盒3或碰撞侧翻检测盒4或行驶记录仪扩展盒5)进入程序更新流程后，发送程序文件进行更新；
步骤207：根据外设设备(调度屏2或油耗检测盒3或碰撞侧翻检测盒4或行驶记录仪扩展盒5)的程序运行结果，判断其升级是否成功完成；
步骤208：如果升级失败，则再次重启外设设备(调度屏2或油耗检测盒3或碰撞侧翻检测盒4或行驶记录仪扩展盒5)，重新升级；
步骤209：如果升级成功，则结束升级流程。
如图4所示，在进行基于无外扩存储器单片机的外设设备程序升级过程中，外设设备(调度屏2或油耗检测盒3或碰撞侧翻检测盒4或行驶记录仪扩展盒5)的程序运行流程为：
步骤301：外设设备(调度屏2或油耗检测盒3或碰撞侧翻检测盒4或行驶记录仪扩展盒5)上电启动；
步骤302：开始运行Bootloader程序；
步骤303：Bootloader程序通过串口输出提示信息，等待用户操作；
步骤304：Bootloader程序长时间未检测到输入，跳转至主程序开始运行；
步骤305：Bootloader程序检测到有效输入，认为需要更新主程序，进入程序更新流程；
步骤306：Bootloader程序通过串口获取到程序文件，写入到存储器中；
步骤307：Bootloader程序判断程序更新流程是否运行正常；
步骤308：Bootloader程序检测到更新过程中出现异常，于是复位设备；
步骤309：程序更新流程成功结束，设备复位重启。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种基于无外扩存储器单片机的外设设备程序升级方法，包括一个主机设备和多个外设设备，其特征在于，其中主机设备与各个外设设备之间通过物理总线建立稳定的通讯连接，并且外设设备的程序设计均是采取BootLoader程序引导主程序启动的方式，该BootLoader程序通过端口向物理总线输出告知信号来指示系统的运行状态，并等待应答信号的输入来判断是否需要升级主程序，其步骤包括：
步骤1：主机设备通过有效方式获取到某个外设设备的最新程序文件；
步骤2：主机设备对该最新程序文件的有效性进行判定，若该最新程序文件有效，则执行步骤3；否则，返回执行步骤1；
步骤3：主机设备将该最新程序文件存储至该主机设备的本机存储器内，然后通过总线控制或者通知该外设设备重启；
步骤4：外设设备重启后，首先运行BootLoader程序，并发送指定协议的告知信号告知主机设备其BootLoader程序已启动；
步骤5：主机设备收到该外设设备的告知信号后，判断是否需要对其程序进行升级，如果需要，则通过总线向外设设备的BootLoader程序发出相应的应答信号；如果不需要，不予应答；
步骤6：外设设备如果在规定时间内收到主机设备的应答信号，则转入程序升级流程；否则，外设设备如果在规定时间内没有收到主机设备的应答信号，完成主程序加载过程，转入主程序开始正常运行；
步骤7：外设设备程序升级流程中，主机设备按照约定的流控方式，通过物理总线将该外设设备的最新程序文件传输给该外设设备，该外设设备接收后将其写入该外设设备的本地存储器，覆盖原程序，实现最新程序文件的远程升级；
步骤8：外设设备程序升级完毕之后，系统重新启动，外设设备再次首先运行BootLoader程序，发送指定协议的告知信号告知主机设备；
步骤9：主机设备收到该外设设备的告知信号后，判断当前是否仍处于外设设备程序升级的过程中，若是，则不予应答，执行步骤10；否则，结束本次升级流程，返回步骤3；
步骤10：外设设备的BootLoader程序在规定时间内没有收到主机设备的应答信号，自动转入主程序开始正常运行，并向主机设备发送连接注册请求，执行步骤11；
步骤11：主机设备在规定时间内收到外设设备的连接注册请求，则判定外设设备的程序已经成功升级完毕并正常运行，结束本次升级流程；否则，判定外设设备的程序升级失败，返回步骤3。
2.根据权利要求1所述的一种基于无外扩存储器单片机的外设设备程序升级方法，其特征在于，所述的物理总线包括：RS-232、RS-486、CAN总线。
3.根据权利要求1所述的一种基于无外扩存储器单片机的外设设备程序升级方法，所述步骤1中的主机设备获取外设设备最新程序文件的有效方式包括：U盘读取、局域网传输、GPRS网络下载。
4.根据权利要求1所述的一种基于无外扩存储器单片机的外设设备程序升级方法，其特征在于，所述步骤2中的主机设备对所获取到的外设设备的最新程序文件的有效性判定流程为：
步骤200：主机设备获取到外设设备最新程序文件后，根据文件内容计算其双字节校验和，并与文件中所携带的校验值进行比较，若二者完全一致，则判定为该文件有效，转入步骤201，否则退出本判定流程；
步骤201：判断该最新程序文件中的设备类型是否与外设设备类型吻合，若是，则转步骤202，否则退出本判定流程；
步骤202：读取外设设备中的最新程序文件版本，判断该程序文件版本是否能够被最新程序文件中的版本升级；若是，则该最新程序文件有效，开始启动升级流程，否则退出本判定流程。
5.根据权利要求1所述的一种基于无外扩存储器单片机的外设设备程序升级方法，其特征在于，所述的步骤6中的规定时间为5秒。
6.根据权利要求1所述的一种基于无外扩存储器单片机的外设设备程序升级方法，其特征在于，所述步骤10中的规定时间为5秒。
7.根据权利要求1所述的一种基于无外扩存储器单片机的外设设备程序升级方法，其特征在于，所述步骤11中的规定时间为3分钟。
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