CN103942080B - 电子设备信息传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电子设备信息传输方法，用于对程序进行升级，包括：上位机将升级数据包发送至缓存器；缓存器发送复位命令至该设备；启动设备主程序；当判断有升级任务时，中断主程序，并接收来自缓存器的传输命令；对存储器中的块执行擦除和写入。本发明对程序升级过程中断电情况进行处理，升级过程不需要人为介入，具有简单、便捷、可靠、成本低等优点。

Description

电子设备信息传输方法

技术领域

本发明涉及电子设备程序的升级，特别涉及一种用于程序控制装置的程序升级方法。

背景技术

随着工业设备自动化控制需求的持续增长，微控制器的使用领域迅速扩大，例如可编程逻辑控制器PLC，并且在功能上也推陈出新。嵌入式微控制器作为工业自动化控制系统的控制单元，面对扩大的市场需求和千变万化的应用现场，需要不断开发新的功能和优化完善已有的功能。通过编制相应的程序，微控制器能实现复杂的逻辑控制。例如，在污水处理系统中，PLC和上位机之间通过以态网交换数据。现场安装的各种在线水质监测仪表，将测得的现场信号送到微控制器，微控制器将数据经过转化后再送到上位机，这样，运行人员在控制室通过上位机可以观测到现场系统的运行情况，为系统的安全运行提供了可靠的条件。

目前，对于已经装备在客户现场和集成在设备厂商工业设备上的程序控制装置，通常需要由厂商的服务人员或者用户现场升级系统。为了提高产品的易用性和升级的可靠性，一些程序控制装置本身具有程序升级功能，以方便后续的功能更新和产品升级，满足客户对产品功能的持续需求。在这些程序升级系统中有数据接收模块和系统升级模块等部分组成，把接收的数据存储并对当前的程序控制装置进行软件版本的升级。

然而这种程序升级方法，存在着诸多缺点：缺乏程序升级过程中突然断电情况的有效处理；对升级数据有效性判断不准确；升级过程繁琐，需要过多的人为介入等。

发明内容

为解决上述现有技术所存在的问题，本发明提出了一种电子设备信息传输方法，用于对设备的程序进行升级，其特征在于，包括：

步骤一，上位机将升级数据包发送至缓存器；

步骤二，缓存器发送复位命令至该设备；

步骤三，启动设备主程序；

步骤四，当判断有升级任务时，中断主程序，并接收来自缓存器的传输命令；

步骤五，对存储器中的块执行擦除和写入。

优选地，所述设备为微控制器，包含片内RAM和片内ROM，该片内ROM分为2个存储块，主存储块Block0和次存储块Block1，所述微控制器与片外Flash的连接，微控制器与片外Flash采用SPI总线进行通信，使用相应的命令字对片外Flash的读写、擦除操作。

优选地，所述步骤一进一步包括：

所述上位机选择一个子卡进行远程升级，通过FTP协议发送升级数据包给升级数据缓存器，升级数据缓存器将接收到的升级数据包进行校验，在校验后存储至微控制器Flash中；

所述步骤二进一步包括：

升级数据缓存器发送复位指令将子卡的控制单元复位，微控制器复位启动后进入引导程序模式，准备进行升级；

所述步骤三进一步包括：

微控制器复位后，从Block1中运行主程序，当微控制器运行主程序时，先判断保护标志是否有效，如果该标志有效，表示上一次升级过程中遇到故障(断电等异常情况)，则微控制器自动将程序恢复至出厂程序，否则微控制器主程序待机，等待微控制器处理串口中断接收到的数据，判断是否有升级任务，

如果有升级任务，则将微控制器升级标志置为有效，如果该标志有效，则微控制器主程序待机，等待在线升级完成，升级完成后，开启看门狗等待微控制器复位；

所述步骤五进一步包括：

升级数据缓存器收到文件传输命令后，发送一帧文件传输开始的指令，将待升级的应用程序包分解成适合微控制器私有协议传输的段，按照文件块序号逐段发送给子卡，子卡收到数据包，并在CRC校验无误后将微控制器升级标志置为有效，并开始擦除片外Flash文件部分的块，

在程序文件传输中，控制单元开始接收数据，此时微控制器将接收到的程序文件写入片外Flash文件部分的块；程序传输结束时，控制单元将升级文件的文件名、文件长度和文件CRC16的校验和写入片外Flash的7FFFFH-80000H部分的扇区，共4k字节，微控制器对接收到的文件整体校验，发送应答帧通知升级数据缓存器校验结果，

升级数据缓存器收到执行升级命令后，通知子卡准备执行升级，微控制器先运行Block1的升级程序，校验升级的应用程序文件，如果校验通过，将保护标志置为有效，

擦除微控制器片内ROM整个Block0的块，当SFST寄存器的标志位被置位后，表示擦除完成，接着，微控制器将片外Flash存储区中的升级文件读出并写入到微控制器片内ROM的Block0块中，开启看门狗，等待微控制器复位，整个升级程序完成，

当开门狗溢出后，微控制器复位令升级标志也复位，微控制器程序跳转到Block0起始位置运行，微控制器程序正常运行后将保护标志复位；

其中，升级数据缓存器与所述子卡基于SPI采用纠错机制和异常处理机制私有协议，在升级数据缓存器与子卡控制单元通信中采用发送一帧数据，确认一帧数据，收到错帧，请求重发的通信形式，所述私有协议的SPI通信帧设计最大帧长，接收程序可以通过文件块序号在终端进行文件整理组合，微控制器发送应答帧给升级数据缓存器通知文件块接收OK，否则升级数据缓存器重传文件块，如果重传次数超过阈值仍传送失败，则标志此次升级失败；

该协议数据帧包括以下内容：

帧头:表示数据包的开始，优选地固定为0xFE，0xFA2个字节；

命令字:表示文件传输命令还是执行升级命令；

指令值:命令字的子命令，如果命令字是文件传输命令，则指令值有传输开始、传输中、传输结束3个指令；如果命令字是升级命令，则指令值就是执行在线升级指令；

文件块序号:表示升级程序所分割的报文所处的序号；

文件块内容:程序内容字节；

CRC16校验和:一帧数据的校验和，采用CRC16校验。

相比于现有技术，本发明的技术方案的具有以下优点：对程序升级过程中断电情况进行处理，升级过程不需要人为介入，具有简单、便捷、可靠、成本低等优点。

附图说明

图1是根据本发明实施例的设备程序升级的方法流程图。

具体实施方式

多种方式可以用于(包括实施为过程；装置；系统；物质组成；在计算机可读存储介质上包括的计算机程序产品；和/或处理器(诸如如下处理器，该处理器被配置成执行在耦合到处理器的存储器上存储的和/或由该存储器提供的指令))实施本发明。在本说明书中，这些实施或者本发明可以采用的任何其他形式可以称为技术。一般而言，可以在本发明的范围内变更公开的过程的步骤顺序。除非另有明示，描述为被配置成执行任务的部件(诸如处理器或者存储器)可以实施为被临时配置成在给定时间执行该任务的一般部件或者被制造成执行该任务的具体部件。

下文与图示本发明原理的附图一起提供对本发明一个或者多个实施例的详细描述。结合这样的实施例描述本发明，但是本发明不限于任何实施例。本发明的范围仅由权利要求书限定，并且本发明涵盖诸多替代、修改和等同物。在下文描述中阐述诸多具体细节以便提供对本发明的透彻理解。出于示例的目的而提供这些细节，并且无这些具体细节中的一些或者所有细节也可以根据权利要求书实现本发明。

本发明的目的在于提供一种电子设备信息传输方法，特别用于对设备的程序进行升级，如图1所示。

待升级的设备例如可为一种微控制器，包含片内RAM和片内ROM。片内ROM分为2个存储块，主存储块Block0和次存储块Block1。整个内部程序空间被限制为64字节。该设备允许驻留于某一个存储块中的程序对另一块存储块进行重编程操作。要实现在线升级的功能，必须用在线升级程序替换原来的应用程序，用来引导在线升级程序。

微控制器自带高速异步串行口，支持并行操作，除微控制器之外，只需要扩展1个Flash用来存储升级的程序文件。微控制器与片外Flash的连接方式如下，微控制器其他外围电路按照设备功能需求设计，片外Flash的存储空间为1M字节，最小擦除块的容量为4k字节。微控制器与片外Flash采用SPI总线进行通信，对片外Flash的读写、擦除等操作只需要使用相应的命令字即可，片外Flash首地址00000H-01000H存储升级保护标志。地址01000H-5F000H分配给出厂时的配置和用户最近一次的配置。隔离区用于保证存储文件的独立性。地址60000H-80000H分配给应用程序文件存储区，其中程序文件A存储出厂程序，程序文件B存储接收到的升级程序。

具体地，本发明的远程升级流程由以下步骤组成：

上位机选择一个子卡进行远程升级，通过FTP协议发送升级数据包给升级数据缓存器，升级数据缓存器将接收到的升级数据包进行校验，在校验后存储至微控制器Flash中。升级数据缓存器发送复位指令将子卡的控制单元复位，微控制器复位启动后进入引导程序模式，准备进行升级。

主程序循环处理流程

微控制器复位后，从Block1中运行主程序。当微控制器运行主程序时，先判断保护标志是否有效，如果该标志有效，表示上一次升级过程中遇到故障(断电等异常情况)，则微控制器自动将程序恢复至出厂程序。否则微控制器主程序待机，等待微控制器处理串口中断接收到的数据，判断是否有升级任务。

如果有升级任务，则将微控制器升级标志置为有效，如果该标志有效，则微控制器主程序待机，等待在线升级完成。升级完成后，开启看门狗等待微控制器复位。以上是微控制器程序主循环运行过程。

程序中断处理流程

升级数据缓存器收到文件传输命令后，发送一帧文件传输开始的指令，将待升级的应用程序包分解成适合微控制器私有协议传输的段，按照文件块序号逐段发送给子卡，子卡收到数据包，并在CRC校验无误后将微控制器升级标志置为有效，并开始擦除片外Flash文件B部分的块。

在程序文件传输中，控制单元开始接收数据，此时微控制器将接收到的程序文件写入片外Flash从文件B部分的块；程序传输结束时，控制单元将升级文件的文件名、文件长度和文件CRC16的校验和写入片外Flash的7FFFFH-80000H部分的扇区，共4k字节，微控制器对接收到的文件整体校验，发送应答帧通知升级数据缓存器校验结果。

升级数据缓存器收到执行升级命令后，通知子卡准备执行升级。微控制器会先运行Block1的升级程序，校验升级的应用程序文件，如果校验通过，将保护标志置为有效。

接下来开始擦除微控制器片内ROM整个Block0的块，当SFST寄存器的标志位被置位后，表示擦除完成。接着，微控制器将片外Flash存储区B中的升级文件读出并写入到微控制器片内ROM的Block0块中，开启看门狗，等待微控制器复位，整个升级程序完成。

当开门狗溢出后，微控制器复位令升级标志也复位，微控制器程序跳转到Block0起始位置运行。微控制器程序正常运行后将保护标志复位。

在升级数据缓存器与子卡的数据交互方面，基于SPI采用一种私有协议，该协议具有纠错机制和异常处理机制。在升级数据缓存器ARM与子卡控制单元通信中采用发送一帧数据，确认一帧数据，收到错帧，请求重发的通信形式。该私有协议设计的SPI通信帧最大帧长不超过500字节，接收程序可以通过文件块序号在终端进行文件整理组合，微控制器发送应答帧给升级数据缓存器通知文件块接收OK，否则升级数据缓存器重传文件块，如果重传次数超过阈值仍传送失败，则标志此次升级失败。该私有协议数据帧包括以下内容：

帧头:表示数据包的开始，优选地固定为0xFE，0xFA2个字节。

命令字:表示文件传输命令还是执行升级命令。

指令值:命令字的子命令。如果命令字是文件传输命令，则指令值有传输开始、传输中、传输结束3个指令；如果命令字是升级命令，则指令值就是执行在线升级指令。

文件块序号:表示升级程序所分割的报文所处的序号。

文件块内容:程序内容字节。

CRC16校验和:一帧数据的校验和，采用CRC16校验。

微控制器对片外Flash的操作主要用到擦除片外Flash块函数和读片外Flash数据函数，通过微控制器与片外Flash的SPI读指令(spi_Send字节)和写指令(spi_Read字节)向微控制器发送相应的命令字在遇到异常情况时，如升级的过程中出现断电故障，子卡能自动恢复到出厂程序运行，等待再次响应网管中心下达升级命令，直至升级成功。该实现技术在嵌入式程序的修改和升级中得到了应用和验证，具有简单、便捷、可靠、成本低等优点。

本发明优选的实施例采用SIEMENS的S7-200可编程控制器用于完成现场电气控制、水质反馈处理以及各污染物含量分析仪器的数据采集，现场工控机与可编程控制器和监控中心通信，可以进行数据传输、参数设置，并可兼作现场工作状态显示和数据的存储。监控中心接收多个现场的数据、告警信息等，可以进行数据接收、显示、查询等。可编程控制器和现场工控机通过RS485连接，工控机轮询控制器是否有报警信息和控制操作以及分析仪的数据等,系统中的控制器、Modem和工控机串口的通信参数(波特率、起始位、数据位、停止位和奇偶校验位)设置必须相同。现场工控机和监控中心通过GPRS网络通信，采用短信编码格式，可以将数据及告警信息同时发送至监控中心和普通的手机用户。采用GPRS网络，节约建设成本，缩短建设周期，网络覆盖范围广，传输范围不受限制，整个系统性能价格比高。

编程控制单元通过控制继电器组实现仪器同步，完成采样、取水、清洗及反冲洗等一系列控制工作；并通过输入反馈监控各设备的运行情况，包括火灾传感器、液位计等传感器。通过加装的模拟量扩展模块EM231，采集COD分析仪、pH分析仪、温度分析仪和氨氮分析仪等水质分析设备的分析数据。控制程序使用STEP7-Micro/WIN软件编写。包括：

消息处理子程序：由于采用主从结构,故在控制器中只需编写接收回复通信程序。收到工控机发来的消息后，如果是对控制器的参数配置消息，将消息内容存入相应内存，回复成功。如果收到查询消息，如查询工作状态、设备运行状态、模拟量等信息，则取出相应内存，回复给工控机。

取污水子程序：取污水时间到时，控制污水泵、电动阀、电磁阀等设备开关，分析仪分析等。

模拟量处理程序：各分析仪的数据通过模拟量扩展模块输入到控制器，进行简单处理后发送至工控机。

设备状态检测程序：反馈电磁阀、电动阀、空压机、臭氧发生器等设备的状态信息，如果设备状态和期望状态不相符，则向工控机发送报警。另外通过传感器检测液位信息和火灾信息，反馈给工控机。

此外，工控机程序主要用于与控制器进行通信，配置控制器的各种工作参数，从控制器中获取系统状态、各分析仪的数据等信息；进行水质数据的各种分析、处理；将水质数据存到本地数据库；从数据库中获取数据显示在监控软件界面上，并且支持各种查询。将数据、工作状态等以短信的形式发送到监控中心。

显然，本领域的技术人员应该理解，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算系统来实现，它们可以集中在单个的计算系统上，或者分布在多个计算系统所组成的网络上，可选地，它们可以用计算系统可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储系统中由计算系统来执行。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (1)

1.一种电子设备信息传输方法，用于对所述设备的程序进行升级，其特征在于，包括：

步骤一，上位机将升级数据包发送至缓存器；

步骤二，缓存器发送复位命令至该设备；

步骤三，启动设备主程序；

步骤四，当判断有升级任务时，中断主程序，并接收来自缓存器的传输命令；

步骤五，对存储器中的块执行擦除和写入；

所述设备为微控制器，包含片内RAM和片内ROM，该片内ROM分为2个存储块，主存储块Block0和次存储块Block1，所述微控制器与片外Flash连接，微控制器与片外Flash采用SPI总线进行通信，使用相应的命令字对片外Flash读写、擦除操作；

其中，所述步骤一进一步包括：

所述上位机选择一个子卡进行远程升级，通过FTP协议发送升级数据包给升级数据缓存器，升级数据缓存器将接收到的升级数据包进行校验，在校验后存储至微控制器Flash中；

所述步骤二进一步包括：

升级数据缓存器发送复位指令将子卡的控制单元复位，微控制器复位启动后进入引导程序模式，准备进行升级；

所述步骤三进一步包括：

微控制器复位后，从Block1中运行主程序，当微控制器运行主程序时，先判断保护标志是否有效，如果该标志有效，表示上一次升级过程中遇到异常情况，则微控制器自动将程序恢复至出厂程序，否则微控制器主程序待机，等待微控制器处理串口中断接收到的数据，判断是否有升级任务，

如果有升级任务，则将微控制器升级标志置为有效，如果该标志有效，则微控制器主程序待机，等待在线升级完成，升级完成后，开启看门狗等待微控制器复位；

所述步骤五进一步包括：

升级数据缓存器收到文件传输命令后，发送一帧文件传输开始的指令，将待升级的应用程序包分解成适合微控制器私有协议传输的段，按照文件块序号逐段发送给子卡，子卡收到数据包，并在CRC校验无误后将微控制器升级标志置为有效，并开始擦除片外Flash文件部分的块，

在程序文件传输中，控制单元开始接收数据，此时微控制器将接收到的程序文件写入片外Flash文件部分的块；程序传输结束时，控制单元将升级文件的文件名、文件长度和文件CRC16的校验和写入片外Flash的7FFFFH-80000H部分的扇区，共4k字节，微控制器对接收到的文件整体校验，发送应答帧通知升级数据缓存器校验结果，

升级数据缓存器收到执行升级命令后，通知子卡准备执行升级，微控制器先运行Block1的升级程序，校验升级的应用程序文件，如果校验通过，将保护标志置为有效，

擦除微控制器片内ROM整个Block0的块，微控制器将片外Flash存储区中的升级文件读出并写入到微控制器片内ROM的Block0块中，开启看门狗，等待微控制器复位，整个升级程序完成。