CN103279371B - 一种分布式控制系统多从机程序在线同步升级的方法 - Google Patents

一种分布式控制系统多从机程序在线同步升级的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种分布式控制系统多从机程序在线同步升级的方法，传统的分布式控制系统进行应用程序更新时都是单独对每个节点单元进行更新，每个单元在程序升级过程中都进行相同的操作，重复性大，导致对整个系统的升级效率低。本发明同步升级方法的硬件装置为内部Flash可编程MCU单元(从机单元)、CAN总线和主机程序烧写器；其中多个内部Flash可编程MCU单元(从机单元)与一个主机程序烧写器通过CAN总线相连；本发明可同时对多个从机单元进行程序在线同步升级，最大数量可以到达100个从机单元，并且在总线挂接最大数量的从机单元情况下最高通信速率可达100kbps，提高了分布式控制系统的程序升级效率。

Description

一种分布式控制系统多从机程序在线同步升级的方法
技术领域
本发明涉及的是分布式控制系统领域，特指是一种分布式控制系统多从机程序在线同步升级的方法。
背景技术
分布式控制系统是当前控制系统的重要发展方向，因为它能提供更强的性能，节约系统的总体成本。在分布式控制系统中，目前主流的总线网络有485网络、HART网络和FieldBus现场总线网络；其中FieldBus现场总线网络是当今自动化领域的热点技术，主流的FieldBus现场总线网络有CANBUS、PROFIBUS等；它是连接控制现场的仪表与控制室内的控制装置的数字化、串行、多站通信的网络。其关键标志是能支持双向、多节点、总线式的全数字化通信。但是FieldBus现场总线网络提供多节点的通信的同时，也带来的节点程序在线升级的问题：传统的分布式控制系统进行应用程序更新时都是单独对每个节点单元进行更新，每个单元在程序升级过程中都进行相同的操作，重复性大，导致对整个系统的升级效率低。
发明内容
本发明的目的在于，针对传统的程序更新方法，提出一种分布式控制系统多从机程序在线同步升级的方法，旨在同时更新分布式控制系统中每个单元的应用程序，以节省程序升级的时间，提高分布式控制系统的程序升级效率。
一种分布式控制系统多从机程序在线同步升级的方法依赖于以下硬件装置：内部Flash可编程MCU单元(从机单元)、CAN总线、主机程序烧写器；多个内部Flash可编程MCU单元(从机单元)与一个主机程序烧写器通过CAN总线相连；从机程序在线同步升级如下所述：
分布式控制系统各从机单元同时上电，从机单元程序跳转到BOOT空间等待主机程序烧写器握手命令，主机程序烧写器开始对每一个编号为i的从机单元一一进行发送握手命令，1≤i≤100，主机程序烧写器在对第一个从机单元发送完握手命令后，若在Thandlems内没有收到该从机单元回复握手命令，则将从机单元从总线上删除，然后访问下一从机单元；若在Thandlems内收到该从机单元回复握手命令，则主机程序烧写器依次对下一个从机单元发送握手命令，直到完成对Nnode个从机单元握手；若从机单元在(n+w+x)ms内没有收到主机程序烧写器发送的握手命令，则从机单元程序跳转到应用程序空间运行；若从机单元在(n+w+x)ms内收到主机程序烧写器发送的握手命令，则从机单元回复主机程序烧写器握手命令；其中Thandle、n和w由下式表示：
Thandle＝ΔTbusy+(8LDATA+LSTD+LNI+LITM+LINS)τbit(1)
n＝2Nnode(8LDATA+LSTD+LNI+LITM+LINS)τbit(2)
w＝NnodeΔTbusy(3)
Thandle：表示主机烧写器对一个从机单元握手后等待该从机单元回复的时间
Nnode：表示分布式控制系统中从机单元的数量
LDATA：表示数据域中的字节数
LSTD：表示数据帧中帧起始、仲裁场、控制场以及CRC场中的CRC序列这些固定格式的总位数
LNI：表示数据帧中不需要进行位填充部分的总位数
LITM：表示数据帧的帧结束段后插入的一个帧间空间的总位数
LINS：表示填充位的总位数
τbit：表示发送1bit数据所需的时间
ΔTbusy：表示从机单元收到主机程序烧写器命令到回复主机程序烧写器命令之间的延迟
CAN总线上挂接的从机单元数量为Nnode个，CAN总线通信采用标准数据帧格式，在单帧长度最长的情况下LINS取整的最长长度表示为：
LINS(max)＝[(LSOF+LAF+2)/5]+[(8LDATA+(LDLC-1)+15)/5](4)
LSOF：表示帧起始的位数
LAF：表示仲裁场的总位数
LDLC：表示数据长度编码段的总位数
注：LINS(max)公式中[]表示计算结果向下取整
在单帧长度最长的情况下n表示为：
n(max)＝2Nnode(8LDATA+LSTD+LNI+LITM+LINS(max))τbit(5)
在单帧长度最长的情况下Thandle表示为：
Thandle(max)＝ΔTbusy+(8LDATA+LSTD+LNI+LITM+LINS(max))τbit(6)
CAN总线上的从机单元在收到主机程序烧写器的命令后可在0到10ms内回复主机程序烧写器命令，所以ΔTbusy＝10ms。
(n+w+x)ms中x表示分布式控制系统上电后主机程序烧写器需要在xms内向从机单元发送握手命令，否则会出现部分从机单元握手失败情况。
主机程序烧写器在对所有的从机握手完成后，主机程序烧写器读取第一个扇区的hex数据，通过广播的方式发送该扇区hex数据的写入起始地址、长度、传输状态及校验，然后将该扇区的hex数据通过CAN总线广播给每一个从机单元；从机单元接收主机程序烧写器发送的hex数据的写入起始地址、长度、传输状态及校验，然后判断传输状态是否为hex数据传输结束帧；若为hex数据传输结束帧，则跳转到应用程序空间，运行应用程序；若不是hex数据传输结束帧，从机单元根据接收到的hex数据的长度值，开始接收主机程序烧写器广播的相同长度的hex数据；接收完成收后，从机单元开始校验接收到的hex数据；若校验正确，则将接收到的hex数据写入到应用程序空间；若校验错误，则跳过写入hex数据到应用程序空间的操作。然后从机单元等待主机程序烧写器写查询写入状态命令，若n(max)ms内没有收到主机程序烧写器的查询命令，则结束程序烧写。主机程序烧写器广播发送完成一个扇区的hex数据后，开始对每一个编号为i的从机单元一一进行询问写入扇区状态，i的取值范围在1到100，且编号为i的从机单元未被主机程序烧写器从CAN总线上删除；主机程序烧写器向一个从机单元询问写入扇区状态后，若在10Thandlems内没有收到该从机单元回复写入状态，则将从机单元从总线上删除；若在10Thandlems内收到该从机单元回复写入状态，然后访问下一从机单元，若下一个从机单元已经从CAN网络上删除，则跳过访问该从机单元，从机单元编号i自增1访问下一个从机单元，按此方法依次访问直到对Nnode个从机单元的写入扇区状态询问完成；若hex文件已经发送完成，则主机程序烧写器发送hex数据传送结束帧，从机单元收到hex数据传送结束帧后跳转到应用程序空间，运行应用程序。主机程序烧写器发送完hex数据传输结束帧后，统计各从机单元烧写状态。
本发明的有益效果是：可同时对多个从机单元进行程序在线同步升级，最大数量可以到达100个从机单元，并且在总线挂接最大数量的从机单元情况下最高通信速率可达100kbps，提高了分布式控制系统的程序升级效率。
附图说明
图1：系统硬件连接框图；
图2：从机单元软件流程图；
图3：主机程序烧写器软件流程图。
具体实施方式
本具体实施方式中CAN总线上挂接的从机单元数量为100个，CAN总线通信采用标准数据帧格式，通信速率为100kbps，每帧的数据域中的字节数为8个，所以Nnode＝100，LDATA＝8，LSTD＝33，LNI＝13，LITM＝3，τbit＝10us，LSOF＝1，LAF＝12，LDLC＝4；
由式w＝NnodeΔTbusy，可得w＝1000ms；
由式LINS(max)＝[(LSOF+LAF+2)/5]+[(8LDATA+(LDLC-1)+15)/5]和n(max)＝2Nnode(8LDATA+LSTD+LNI+LITM+LINS(max))τbit，可得n(max)＝264ms；
由式Thandle(max)＝ΔTbusy+(8LDATA+LSTD+LNI+LITM+LINS(max))τbit，可得Thandle(max)＝11.32ms；
本实施方式要求分布式控制系统上电后主机烧写器需要在1000ms内向从机单元发送握手命令，所以x＝1000ms；
结合图1说明本实施方式，本具体实施方式由：多个内部Flash可编程MCU单元(从机单元)与一个主机程序烧写器通过CAN总线相连；
结合图2说明本实施方式，本具体实施方式由：当分布式控制系统上电后，从机单元系统初始化后跳转到BOOT空间；然后等待主机程序烧写器握手命令，若在264ms内未检测到主机程序烧写器发送的握手命令，则跳转到应用程序空间，若检测到主机程序烧写器发送的握手命令，则开始根据主机程序烧写器发送的数据更新应用程序，其中应用程序的烧写实现步骤为：
步骤1：接收主机程序烧写器发送的hex数据的写入起始地址、长度、传输状态及校验，然后判断传输状态是否为hex数据传输结束帧；若为hex数据传输结束帧，则跳转到应用程序空间，运行下载完成的应用程序；若不是hex数据传输结束帧，则执行步骤2；
步骤2：从机单元根据步骤1所接收到的hex数据的长度值，开始接收主机程序烧写器广播的相同长度的hex数据；接收完成收后，从机单元开始校验接收到的hex数据；若校验正确，则将接收到的hex数据写入到步骤1所接收到的起始地址为起点的地址空间；若校验错误，则跳过写入操作；
步骤3：从机单元等待主机程序烧写器的查询写入状态命令，从机单元收到该命令后，若写入成功，则应答写入成功；若未写入或写入失败，则应答写入失败。若从机单元在指定时间264ms内未接收到主机程序烧写器的查询命令，则从机单元结束应用程序升级过程。
结合图3说明本实施方式，本具体实施方式由：当分布式控制系统上电后，主机程序烧写器通过轮询的方式给挂接在CAN总线上的多个从机单元发送的握手命令，若在指定时间11.32ms内收到被询问的从机单元的应答，则向下一个从机单元发送握手命令，若在指定时间11.32ms内未收到从机单元的应答握手信息，则将该从机单元从CAN网络中删除；主机程序烧写器对多个从机单元握手完成后，开始向握手成功的从机单元下载应用程序；主机程序烧写器发送的应用程序是以hex文件的形式传送，其中应用程序的烧写实现步骤为：
步骤1：主机程序烧写器读取一个扇区的hex数据，通过广播的方式发送该扇区hex数据的写入起始地址、长度、传输状态及校验，然后将该扇区的hex数据通过CAN总线广播给每一个从机单元；
步骤2：一个扇区的hex数据广播结束后，主机程序烧写器通过轮询的方式询问每个从机单元的写入状态，若所有在线节点都写入成功，则进入到步骤3；若主机程序烧写器询问到有从机单元写入失败，标记该从机单元在该扇区写入失败，则待所有从机单元询问结束后，再通过步骤1将该扇区的hex数据从新发送给所有的从机单元；若在询问从机单元的写入状态过程中，有从机单元没有在指定的时间113.2ms内应答主机程序烧写器的询问，则视该从机单元脱离CAN总线，主机程序烧写器将该从机单元从CAN网络中删除；
步骤3：若hex文件未发送完成，则进入步骤1；若hex文件已经发送完成，则主机程序烧写器通过广播方式发送hex数据传输结束帧，并统计各从机单元的写入状态。

Claims (1)

1.一种分布式控制系统多从机程序在线同步升级的方法，其特征在于：分布式控制系统各从机单元同时上电，从机单元程序跳转到BOOT空间等待主机程序烧写器握手命令，主机程序烧写器开始对每一个编号为i的从机单元一一进行发送握手命令，1≤i≤100，主机程序烧写器在对第一个从机单元发送完握手命令后，若在ms内没有收到该从机单元回复握手命令，则将从机单元从总线上删除，然后访问下一从机单元；若在ms内收到该从机单元回复握手命令，则主机程序烧写器依次对下一个从机单元发送握手命令，直到完成对个从机单元握手；若从机单元在(n+w+x)ms内没有收到主机程序烧写器发送的握手命令，则从机单元程序跳转到应用程序空间运行；若从机单元在(n+w+x)ms内收到主机程序烧写器发送的握手命令，则从机单元回复主机程序烧写器握手命令；其中、n和w由下式表示：
(1)
(2)
(3)
：表示主机烧写器对一个从机单元握手后等待该从机单元回复的时间
：表示分布式控制系统中从机单元的数量
：表示数据域中的字节数
：表示数据帧中帧起始、仲裁场、控制场以及CRC场中的CRC序列这些固定格式的总位数
：表示数据帧中不需要进行位填充部分的总位数
：表示数据帧的帧结束段后插入的一个帧间空间的总位数
：表示填充位的总位数
：表示发送1bit数据所需的时间
：表示从机单元收到主机程序烧写器命令到回复主机程序烧写器命令之间的延迟
CAN总线上挂接的从机单元数量为个，CAN总线通信采用标准数据帧格式，在单帧长度最长的情况下取整的最长长度表示为：(4)
：表示帧起始的位数
：表示仲裁场的总位数
：表示数据长度编码段的总位数
公式中表示计算结果向下取整
在单帧长度最长的情况下n表示为：
(5)
在单帧长度最长的情况下表示为：
(6)
CAN总线上的从机单元在收到主机程序烧写器的命令后可在0到10ms内回复主机程序烧写器命令，所以=10ms；
(n+w+x)ms中x表示分布式控制系统上电后主机程序烧写器需要在xms内向从机单元发送握手命令，否则会出现部分从机单元握手失败情况；
主机程序烧写器在对所有的从机握手完成后，主机程序烧写器读取第一个扇区的hex数据，通过广播的方式发送该扇区hex数据的写入起始地址、长度、传输状态及校验，然后将该扇区的hex数据通过CAN总线广播给每一个从机单元；从机单元接收主机程序烧写器发送的hex数据的写入起始地址、长度、传输状态及校验，然后判断传输状态是否为hex数据传输结束帧；若为hex数据传输结束帧，则跳转到应用程序空间，运行应用程序；若不是hex数据传输结束帧，从机单元根据接收到的hex数据的长度值，开始接收主机程序烧写器广播的相同长度的hex数据；接收完成收后，从机单元开始校验接收到的hex数据；若校验正确，则将接收到的hex数据写入到应用程序空间；若校验错误，则跳过写入hex数据到应用程序空间的操作；然后从机单元等待主机程序烧写器写查询写入状态命令，若ms内没有收到主机程序烧写器的查询命令，则结束程序烧写；主机程序烧写器广播发送完成一个扇区的hex数据后，开始对每一个编号为i的从机单元一一进行询问写入扇区状态，i的取值范围在1到100，且编号为i的从机单元未被主机程序烧写器从CAN总线上删除；主机程序烧写器向一个从机单元询问写入扇区状态后，若在10ms内没有收到该从机单元回复写入状态，则将从机单元从总线上删除；若在10ms内收到该从机单元回复写入状态，然后访问下一从机单元，若下一个从机单元已经从CAN网络上删除，则跳过访问该从机单元，从机单元编号i自增1访问下一个从机单元，按此方法依次访问直到对个从机单元的写入扇区状态询问完成；若hex文件已经发送完成，则主机程序烧写器发送hex数据传送结束帧，从机单元收到hex数据传送结束帧后跳转到应用程序空间，运行应用程序；主机程序烧写器发送完hex数据传输结束帧后，统计各从机单元烧写状态。
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