CN103095826A

CN103095826A - 一种网关设备升级保护的方法

Info

Publication number: CN103095826A
Application number: CN2013100098096A
Authority: CN
Inventors: 王海涛
Original assignee: Shanghai Feixun Data Communication Technology Co Ltd
Current assignee: Shanghai Feixun Data Communication Technology Co Ltd
Priority date: 2013-01-10
Filing date: 2013-01-10
Publication date: 2013-05-08

Abstract

本发明涉及一种设备升级保护的方法，尤其涉及一种网关设备升级保护的方法，通过对NOR闪存进行合理的布局，以减小多次读写闪存造成的数据损失风险，并利用高度定制化、精简化的家庭网关小系统，在合理利用闪存存储空间的基础上，为后续固件的升级提供保证，进而实现在不影响家庭用户使用的状况下，为运营商远程固件升级提供一种可靠的、高效的机制，以便于运营商更好的满足用户需求，有针对性的提供高质量的网络服务。

Description

一种网关设备升级保护的方法

技术领域

本发明涉及一种设备升级保护的方法，尤其涉及一种网关设备升级保护的方法。

背景技术

目前，作为宽带接入设备的家庭网关设备，通过借助计算机网络，将家庭内部各种设备和家电与宽带网相连，即利用信息网络为人们提供各种丰富、多样化的信息服务，诸如上网冲浪、网络游戏、网络电话及网络安防等，相应的，作为信息服务的接入点，家庭网关设备在家庭的信息网络中扮演着至关重要的角色。

现有的家庭网关设备一般是基于Linux系统的嵌入式设备，由于其具有接入方式灵活、性能稳定、可根据需求进行定制等特点，所以家庭网关设备一般是由网络运营商根据用户需求进行定制和管理，这样既能为网络运营商提供服务的可控性，又能为用户提供服务的选择性，进而减少用户必要的支出。

由于家庭网关设备是在运营商和用户双向满足的基础上提供网络服务的，所以其需要随着技术的不断发展和用户需求的不断变化进行升级和定制，而在实际生活中，运营商会根据用户需求或者本身网络需求对家庭网关设备进行升级固件操作，这种操作一般是运营商通过网络进行远程实施。远程升级操作本身具有一定的风险，例如升级过程中如果断电，设备固件就回遭到破坏，进而导致设备无法正常运行，影响家庭用户网络的正常使用。如果出现此种状况，只能安排维修人员上门服务，造成了不必要的人力和物力的损失。

具体的，由于家庭网关固件一般是按照网络运营商的需求进行定制，其升级功能主要包括本地固件升级和远程固件升级两种方式，而家庭网关固件则主要包括：

a．启动引导区(Boot Loader)

在嵌入式操作系统中，Boot Loader是系统上电启动的的初始程序，主要负责初始化硬件设备、设备内存空间、准备系统运行环境等，并在完成系统初始化任务之后，加载操作系统内核，并将系统交与内核接管。

b．内核区(Linux Kernel)

Linux Kernel是嵌入式系统的核心部分，其主要是完成内存的初始化和管理，并负责进程管理和调度，及加载协议栈等核心功能。

c．文件系统区(File System)

File System是操作系统对磁盘文件分区管理的可视化组织形式，主要负责用户文件的存入、读出、修改以及检索等，且File System还包含了操作系统所需要的基本目录结构和文件，用户层进程文件与配置等。

d．配置区(Configuration)

Configuration是网关设备功能的配置文件的存储区，主要用于存放设备的基本配置文件和关键设备信息。

其中，在固件升级过程中，一般只完成对内核区(Linux Kernel)和文件系统区(File System)的升级，仅在特殊情况下会升级配置区(Configuration)和启动引导区(Boot Loader)。

当前，家庭网关生产厂商为了满足运营商的需求一般会采用双IMAGE的做法，即在固件中包含两份文件系统区和内核区；图1是现有技术中双IMAGE模式的Flash布局示意图；如图1所示，家庭网关固件中的闪存(FLASH)中设置有启动引导区(Boot Loader)、主系统内核区(Kernel_1)、主系统文件系统区(FS_1)、备份系统内核区(Kernel_2)、备份系统文件系统区(FS_2)、配置区(Configuration)和其他分区，即FLASH由两份系统文件系统区(FS)和两份内核区(Kernel)组成，其中，Kernel_1和FS_1作为主系统分区，而Kernel_2和FS_2则作为备份系统分区，相应的在固件烧录时，一般会烧录到Kernel_1和FS_1分区，如果因为意外情况(例如突然断电)烧录出现问题，系统再次启动时，Boot Loader会校验Kernel_1和FS_1的合法性与完整性，若出现问题，此时会启动Kernle_2和FS_2备份系统。

虽然，双IMAGE模式能够保证系统升级突然中断造成主系统崩溃时，能启用备份系统，以保证系统正常运行；但是，由于备份系统要求和主系统使用具有相同功能的固件，因此会占用Flash较大空间。例如，通常家庭网关设备的Flash为16M，其中Boot Loader与Configure区加起来最多1M，而主系统和备份系统则分别占用的Flash空间大小最多为7.5M，如果设备支持中间件等功能的话，每个系统的Flash可用空间就会更少，所以Flash空间的限制是制约家庭网关设备功能的重要因素，因此，合理利用Flash空间可以为用户和运营商在网关功能和服务上提供更多的选择性。

发明内容

针对现有的嵌入式网关设备进行固件升级时存在的上述问题，现提供一种网关设备升级保护的方法，通过对NOR闪存进行合理的布局，以减小多次读写闪存造成的数据损失风险，并利用高度定制化、精简化的家庭网关小系统，在合理利用闪存存储空间的基础上，为后续固件的升级提供保证，进而实现在不影响家庭用户使用的状况下，为运营商远程固件升级提供一种可靠的、高效的机制，以便于运营商更好的满足用户需求，有针对性的提供高质量的网络服务。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：

一种网关设备升级保护的方法，应用在基于Linux系统开发的嵌入式设备上，所述网关设备采用NOR闪存作为存储器件，且该NOR闪存上设置有启动引导区、内核区、文件系统区和配置区，其中：

所述NOR闪存还设置有小系统关键参数区；

所述文件系统区包括主系统文件系统区和小系统文件系统区，所述内核区包括主系统内核区和小系统内核区；

具体包括以下步骤：

步骤S1：所述网关设备上电后，所述启动引导区进行加载；

步骤S2：判断所述主系统内核区和/或所述主系统文件区是否合法；

若合法，则依次启动所述主系统的内核区和所述主系统的文件系统区，进行所述网关设备的正常启动；

若不合法，继续判断所述小系统内核区和/或所述小系统文件区是否合法；

步骤S3：若所述小系统内核区和/或所述小系统文件区不合法，则启动失败；

若所述小系统内核区和所述小系统文件区合法，依次启动所述小系统的内核区和所述小系统的文件系统，并继续判断所述小系统关键参数区是否存在配置信息；

步骤S4：若所述小系统关键参数区不存在配置信息，则启动失败；

若所述小系统关键参数区存在配置信息，则读取所述配置信息，完成固件下载，并烧录所述固件到所述NOR闪存中，并继续判断上述烧录是否成功；

步骤S5：若所述烧录成功，则重启所述网关设备；

若所述烧录不成功，则保存参数，并重启所述网关设备。

上述的网关设备升级保护的方法，其中，还包括：

当所述网关设备需要升级固件时，网络运营商通过广域网管协议告知家庭网关用户端；

所述家庭网关用户端获取并根据所述升级固件的网页地址、连接用户名和连接密码获取固件文件；

所述家庭网关用户端将所述固定文件烧录到所述NOR闪存中。

上述的网关设备升级保护的方法，其中，还包括自动配置服务器；

所述家庭网关用户端将所述自动配置服务器下发的所述升级固件的网页地址、连接用户名和连接密码存入所述NOR闪存的关键信息区；

同时，所述家庭网关用户端还读取所述家庭网关的配置数据，获取并保存所述家庭网关所有广域网连接关系至所述NOR闪存的关键信息区；

所述家庭网关用户端通过HTTP协议获取并烧录所述固件文件至所述NOR闪存中；

重启所述家庭网关，完成固件升级操作。

上述的网关设备升级保护的方法，其中，所述NOR闪存是基于块的可读写存储设备，且该NOR闪存每次进行读写操作时均基于一个块的操作。

上述的网关设备升级保护的方法，其中，所述块的大小为64k、128k或256k。

上述的网关设备升级保护的方法，其中，所述启动引导区单独占用一个块。

上述的网关设备升级保护的方法，其中，所述启动引导区、主系统文件系统区、小系统文件系统区、所述主系统内核区、所述小系统内核区、所述配置区和所述小系统关键参数区的起始地址均为一个块的起始位置。

综上所述，本发明一种网关设备升级保护的方法，通过对NOR闪存进行合理的布局，以减小多次读写闪存造成的数据损失风险，并利用高度定制化、精简化的家庭网关小系统，在合理利用闪存存储空间的基础上，为后续固件的升级提供保证，进而实现在不影响家庭用户使用的状况下，为运营商远程固件升级提供一种可靠的、高效的机制，以便于运营商更好的满足用户需求，有针对性的提供高质量的网络服务。

附图说明

图1是现有技术中双IMAGE模式的Flash布局示意图；

图2为本发明实施例中NOR闪存布局示意图；

图3为本发明实施例中网关设备升级保护的方法的逻辑框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明：

本申请一种网关设备升级保护的方法，主要是应用在基于Linux系统开发的嵌入式设备如家庭网关上，且该家庭网关是采用NOR闪存(flash)作为其存储器件；而由于flash的布局会影响到家庭网关性能的优劣，所以通过合理的安排flash布局，能够增加网关主系统的内在功能，进而提高网关系统在家庭网络中的作用。

图2为本发明实施例中NOR闪存布局示意图，如图2所示，在家庭网关设备的固件升级过程中，其整体的闪存布局(flash layout)参考图2设计，即包括启动引导区(boot loader)、主系统内核区(kernel_1)、主系统文件系统区(FS_1)、小系统内核区(kernel_2)、小系统文件系统区(FS_2)、小系统关键参数区、其他分区和配置区(configure)。

同时，由于上述的NOR flash是一种基于块(block)的可读写存储设备，所以其每次读写操作都是基于一个块的操作，而每个块值的大小可以参考该NORflash的数据手册(datasheet)和/或参考指南(reference guide)设置，如将块值大小设置为64k、128k或256k等。

其中，由于合理的flash部件能够减小多次读写flash造成的数据损失的风险，且为了后去固件审计提供保证，当使用NOR flash作为家庭网关设备的主要存储器件时，启动引导区应当单独占用一个block，如设置该启动引导区占用NORflash的#1block，且系统中的各个主要的分区如启动引导区、主系统内核区、主系统文件系统区、小系统内核区、小系统文件系统区、小系统关键参数区和配置区等的起始位置都应当是flash的某一个block的起始位置，而对于一些敏感的存储信息也应当单独的占用一个block，且该block绝对不允许共用，对于普通的存储信息则可共用一个block。

下面以基于Broadcom535X芯片的家庭网关设备(16M NOR Flash)为例，对本申请网关设备升级保护的方法进行具体阐述现机制：

由于，网络运营商一般使用广域网管理协议(TR069)对家庭网关实行远程升级，所以当家庭网关需要升级固件时，运营商就通过TR069协议告知家庭网关用户端设备(Customer Premises Equipment，简称CPE)获取最新固件的网页地址(Uniform Resource Locator，简称URL)、连接用户名(username)和连接密码(passwd)等信息，而CPE则会根据获得的信息获取固件文件，并将该固件文件烧录到Flash中。

其中，在CPE烧录固件的整个过程，主要包括以下几个步骤：首先，CPE将自动配置服务器(Auto-Configuration Server，简称ACS)下发的URL、username和passwd存入关键信息区(NVRAM)，同时读取家庭网关的配置信息，以获取该家庭网关所有广域网(Wide Area Network，简称WAN)连接信息，并将其保存到NVRAM中；其次，CPE通过HTTP协议，获取最新固件文件并存储到RAM中；之后，CPE将上述的固件文件烧录到NOR Flash中；最后，重启家庭网关设备，完成升级操作。

进一步的，在本申请中设置的家庭网关小系统是高度定制化、精简化的网关系统，它是现有网关主系统的精简版，仅包含系统启动的必要进程、模块和服务，具体包括主进程Master、Httpd，以用于完成网关固件的下载和升级；相应的该家庭网关小系统的自动化工作流程如下：

首先，读取关键信息区存储的获取固件的url、username、passwd和所有WAN连接信息；其次，根据获得的信息，建立相应WAN连接，并通过HTTP协议获取固件，并将该固件保存到RAM中；最后，通过调用FLASH的API将获得的固件烧录到主系统区。

进一步的，在本实施例中网关设备固件升级前需要对Boot Loader内部Flash布局进行定义，具体如下：

(Kernel_1)和主系统的文件系统区(FS_1)，进行网关设备的正常启动；

而若Trx1不合法，继续判断小系统内核区和/或小系统文件区是否合法(合法性和完整性等)，即判断Trx2是否合法。

其次，若Trx2不合法，则启动失败；

若Trx2合法，依次启动小系统的内核区(Kernel_2)和小系统的文件系统(FS_1)，并继续判断小系统关键参数区是否存在配置信息。

之后，若小系统关键参数区不存在配置信息，则启动失败；

若小系统关键参数区存在配置信息，则读取配置信息，完成固件下载，并烧录固件到NOR闪存中，并继续判断上述烧录是否成功。

最后，若烧录成功，则重启网关设备，进而完成固件升级；

若烧录不成功，则保存参数，并重启网关设备，继续启动引导区的加载。

通过说明和附图，给出了具体实施方式的特定结构的典型实施例，基于本发明精神，还可作其他的转换。尽管上述发明提出了现有的较佳实施例，然而，这些内容并不作为局限。

对于本领域的技术人员而言，阅读上述说明后，各种变化和修正无疑将显而易见。因此，所附的权利要求书应看作是涵盖本发明的真实意图和范围的全部变化和修正。在权利要求书范围内任何和所有等价的范围与内容，都应认为仍属本发明的意图和范围内。

Claims

1.一种网关设备升级保护的方法，应用在基于Linux系统开发的嵌入式设备上，所述网关设备采用NOR 闪存作为存储器件，且该NOR闪存上设置有启动引导区、内核区、文件系统区和配置区，其特征在于：

所述NOR闪存还设置有小系统关键参数区；

具体包括以下步骤：

步骤S1：所述网关设备上电后，所述启动引导区进行加载；

步骤S5：若所述烧录成功，则重启所述网关设备；

若所述烧录不成功，则保存参数，并重启所述网关设备。

2.根据权利要求1所述的网关设备升级保护的方法，其特征在于，还包括：

所述家庭网关用户端将所述固定文件烧录到所述NOR闪存中。

3.根据权利要求2所述的网关设备升级保护的方法，其特征在于，还包括自动配置服务器；

重启所述家庭网关，完成固件升级操作。

4.根据权利要求1所述的网关设备升级保护的方法，其特征在于，所述NOR闪存是基于块的可读写存储设备，且该NOR闪存每次进行读写操作时均基于一个块的操作。

5.根据权利要求4所述的网关设备升级保护的方法，其特征在于，所述块的大小为64k、128k或256k。

6.根据权利要求4所述的网关设备升级保护的方法，其特征在于，所述启动引导区单独占用一个块。

7.根据权利要求4所述的网关设备升级保护的方法，其特征在于，所述启动引导区、主系统文件系统区、小系统文件系统区、所述主系统内核区、所述小系统内核区、所述配置区和所述小系统关键参数区的起始地址均为一个块的起始位置。