CN104063254A - 电能表在线升级方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电能表在线升级方法，上位机发送命令到电能表，将升级文件的存储区域清零。上位机发送升级文件到指定编号的电能表的外部存储器，完成后置相应标志，然后进行升级文件的正确性检查，检查通过后，置相应标志，若不通过，清除相应标志，不进行后续的升级操作；然后重启电能表。启动过程中，通过检查对应的标志位，电表选择升级或者不升级。若不升级，电能表正常运行。若升级，电能表擦除内部Flash的相应区域，将外部存储器的升级文件分多次读到RAM空间，然后再更新到内部Flash中，升级文件全部更新完成后，清除相应标志，重启电表，完成升级操作。本发明实现了电能表在线升级，操作难度小，升级方便。

Description

电能表在线升级方法

技术领域

本发明涉及一种电能表在线升级方法。

背景技术

电能表启动后，从闪存（Flash）中加载程序代码和CE（电能计量单元）代码运行。在研发设计阶段，可以通过仿真器将已编译好的程序烧录到芯片的闪存中，从而实现对程序的更新升级。在电能表生产阶段，则通过专用的烧录器将程序烧写到芯片中。电能表出厂后，如果有特殊要求需要升级程序时，则只能通过返厂后进行操作。现有的技术虽然在程序设计阶段能方便的对电能表程序进行升级操作，但在电能表生产阶段及其出厂后，若有升级需求，只能通过烧录器对单台电能表一一进行升级，操作非常之麻烦，尤其是当电能表安装到千家万户后，如果要升级更新的话，则需要将所有的电能表返厂，然后进行升级，或者在去到每一处电表的安装位置，拆掉铅封，通过专用工具进行升级，升级成本巨大。

发明内容

本发明的目的是提供一种速度快且操作便捷的电能表在线升级方法。

本发明提供的这种电能表在线升级方法，该方法包括如下步骤：

步骤一，上位机发送清除外部存储器的命令到电能表，将升级文件的存储区域清零；

步骤二，上位机发送升级文件到指定编号的电能表的外部存储器指定位置，进行升级文件的正确性检查、外部存储器的读写正确性检查和MCU的内部Flash的读写正确性检查，若检查通过，则转至步骤三；若检查未通过，则不进行后续的升级操作，需重新发送升级文件；

步骤三，电能表重新启动；启动过程中，电能表选择执行或者不执行升级程序；

若不执行升级文件，电能表正常运行；

若执行升级文件，电能表检查外部存储器和MCU内部Flash的读写正确性，并擦除该内部Flash的对应存储区域；再将外部存储器的升级文件分多次读到RAM空间，然后再更新到该内部Flash中，升级文件全部更新完成后，重启电能表，完成升级操作。

所述上位机发送升级文件完成后，清除需要升级标志和检帧正确标志，置位升级文件下发完成标志；所述升级文件的正确性检查通过后，置位检帧正确标志和需要升级标志；若未通过，则清除该检帧正确标志和升级文件下发完成标志；所述电能表升级完成，清除上述所有标志。

所述检帧正确标志和需要升级标志都有效时，所述电能表执行升级文件；若二者有任一无效，则所述电能表不执行升级文件。

所述升级文件的正确性检查是检查在外部存储器中存储的升级文件的合法性；包括如下步骤：

第一步，从所述升级文件存储起始地址开始，循环读取固定长度的该升级文件内容，再解析出该固定长度升级文件内容中一条完整的记录；

第二步，解析该条记录中数据的长度；根据长度判断该记录的末端是否超出固定长度，若超出，则以该记录首端作为开始地址，转至第一步，若不超出，则转至下一步；

第三步，判断所述记录长度是否满足设定要求，如满足，则转至下一步；否则得出未通过正确性检查的结论，并返回；

第四步，解析出当前所述记录的地址、记录类型和校验字；

第五步，判断该条记录的地址合法性，若为合法地址，则转至下一步；否则得出未通过正确性检查的结论，并返回；

第六步，判断当前所述记录的校验字是否和计算出的校验字一致，若一致，则从当前所述记录的地址起，再读取所述固定长度的下一条记录，并转至第二步；直至所述升级文件的数据均通过所述数据长度的检查、所述地址合法性的检查以及所述校验字的一致性检查，并得出所述升级文件通过正确性检查的结论，并返回；否则得出未通过正确性检查的结论，并返回。

所述记录中数据的长度不满足设定要求，则判断其长度是否为0，若不为0，则判断得出未通过正确性检查的结论，并返回；

若其长度为0，则判断所述升级文件是否结束，若不为文件结束，则判断得出未通过正确性检查的结论，并返回；若为文件结束，则将最后读取的所述固定字节数据里的检帧正确字节数和文件结束记录字节数更新到总字节数中，再判断所述升级文件结束后已检总字节数是否与上位机发送的文件总字节数一致，若二者字数一致，则表明通过正确性检查，并返回；否则判断得出未通过正确性检查的结论，并返回。

所述执行升级文件前，所述电能表首先关闭所有中断，停止电能计量；接着该电能表的LCD对应指示升级进行中；然后进行电源检查，然后检查检帧正确标志和需要升级标志是否置位，再进行所述外部存储器和所述内部Flash的读写正确性检查，通过后则进行升级。

所述电源检查是检测电源V3P3，上电N秒后，连续检测M次；若有一次检测该电源低于3.0V，则重新检测。

所述将外部存储器的升级文件分多次读到RAM空间需要对每次读入的内容进行校验位、数据长度和地址的合法性判断；只有每次读入的内容为合法内容时才再更新到所述MCU的内部Flash中。

本发明实现了电能表在线升级，操作难度小，升级方便。电能表有升级需求时，可随时对电能表进行升级更新，而无需将现场电能表返厂更新，极大地节约了升级成本，同时也增加了电能表产品对快速变化的市场的适应能力，提高了电能表的竞争力。

附图说明

图1是本发明的上位机下发升级文件的流程图。

图2是本发明的电能表下载升级文件并对其进行检查的流程图。

图3是本发明的升级文件正确性检查流程图。

图4是本发明的电能表执行升级操作的流程图。

图5是本发明的1kb写函数写Flash流程图。

图6是本发明MCU内部Flash中能更新和不能更新区域示意图。

具体实施方式

本发明的主要步骤包括：上位机通过外部通讯模式将升级文件下发至电能表中；然后电能表下载完该升级文件后进入检查模式；接着根据检查结果执行不升级或者升级的对应操作，若不升级则电能表继续保持正常运行模式，若升级则电能表先重启MCU，再将升级文件从外部存储器中读出，然后写入到相应地址的MCU内部Flash中，完成后重启电能表，完成升级操作。

本发明适用于基于具备闪存模式且MCU能读写芯片内部FLASH的MAXIM芯片的单芯片SOC方案的电能表，尤其适用于MAXIM公司推出的71M65X系列单芯片SOC方案的电能表，MAXIM公司推出的654X和653X系列的也适用。下面以MAXIM公司推出的71M654X系列芯片为例，对本发明进行进一步的说明。

MAXIM公司推出的71M654X系列芯片内部包含一个闪存存储器，用来存储电能表的运行代码。电能表启动后，从内部Flash存储器中加载程序代码和CE代码运行。

本发明的外部存储器可采用外部Flash或EEPROM。

如图1所示，首先上位机通过通信方式往指定的电能表下发升级文件，并通过CRC校验（差错校验）；然后上位机通过通信方式发送该升级文件的总字节数；接着该指定电能表将该升级文件存储到外部存储器（extend Flash）中；等该升级文件下载完成，清除需要升级标志g_bNeedUpdateFlg和检帧正确标志g_bGoodFirmwarefFlg，并置位升级文件下发完成标志g_bFinishDownloadFlg。

如图2所示，电能表获取升级文件下发完成标志g_bFinishDownloadFlg的变化信息：当该标志无效（清除）时，电能表按照其原有主函数进行大循环；当该标志有效（置位）时，调用升级文件正确性检查函数。当该函数的返回值为假（False）时，为错误状态1（Err State1），表明当前下载的升级文件有问题，清除升级文件下发完成标志g_bFinishDownloadFlg和检帧正确标志g_bGoodFirmwarefFlg，不进行升级操作，电能表正常运行，上位机需重新发送升级文件；当该函数的返回值为真（True）时，表明该升级文件有效，可进行后续升级操作。然后电能表通过连续多次读写外部存储器的方式检测外部存储器的读写正确性，若该外部存储器的读写正确性有问题，则为错误状态2（Err State2），不进行升级操作，电能表正常运行；否则再通过连续多次读MCU Flash的方式检测MCU的内部Flash的读写正确性， 若该内部Flash的读写正确性有问题，则为错误状态3（Err State3），不进行升级操作，电能表正常运行；否则清除升级文件下发完成标志g_bFinishDownloadFlg，并置位需要升级标志g_bNeedUpdateFlg和检帧正确标志g_bGoodFirmwarefFlg，再重新启动MCU。

如图3所示，本发明的升级文件正确性检查函数是检查在外部存储器（extend Flash）中存储的所有升级文件的合法性。

从升级文件存储起始地址开始，读取固定长度的该升级文件内容。

因为升级文件为HEX格式文件，由HEX格式文件特性可知，一个HEX文件有很多条记录组成，有固定的记录类型，同一种记录类型的长度均相同，所以解析出该固定长度中已解析完成的记录后第一个未解析记录的长度，如果未解析记录的长度加上该固定长度中已解析记录的总字节数超过该读取的固定长度，则表示未解析的记录数据不完整，需将该固定长度中已解析记录的总字节数存入检帧总累计字节数中，再以未解析记录的首地址作为开始地址，重新读取固定长度的该升级文件的内容。

由HEX格式文件的特性，解析出该条记录在芯片内部flash中的存储地址、该记录的类型和该记录的校验位；再进行后续判断。

（1）判断该条记录中数据的长度。若其长度满足设定要求，则进行下一判断。若其长度不满足设定要求，则判断其长度是否为0，若不为0，表示升级文件存在错误，然后清除升级文件发送完成标志，置升级文件错误标志，退出升级文件正确性检查，电能表正常运行，不进行升级操作。

若其长度为0，则根据该记录类型和记录存储地址解析升级文件是否结束，若不为文件结束，表示升级文件存在错误，然后清除升级文件发送完成标志，置升级文件错误标志，退出升级文件正确性检查，电能表正常运行，不进行升级操作；若为文件结束，则将将该条记录的长度与之前的该固定长度已解析总字节数合并，然后将已更新的该固定长度已解析总字节数合并到检帧总累计字节数中，再判断升级文件结束后检帧总累计字节数是否与上位机发送的文件总字节数一致，若二者字数一致，则表明通过正确性检查，然后进行各flash读写检查，通过后清除升级文件下发完成标志，置需要升级标志和帧检查完成标志，然后重启电能表进行升级操作；否则表示升级文件存在错误，然后清除升级文件发送完成标志，置升级文件错误标志，退出升级文件正确性检查，电能表正常运行，不进行升级操作。

（2）判断该条记录的地址合法性，若该地址不合法，则表示升级文件存在错误，然后清除升级文件发送完成标志，置升级文件错误标志，退出升级文件正确性检查，电能表正常运行，不进行升级操作；若为合法地址，则进行下一判断。

（3）判断当前记录最后的校验字是否和计算出的校验字一致，若一致，则将该条记录的长度与之前的该固定长度已解析总字节数合并，然后从当前记录的末地址起，再读取固定长度未解析的下一条记录，并重复上述解析与判断操作；直至升级文件的数据均通过数据长度的检查、地址合法性的检查以及校验字的一致性检查，并得出升级文件通过正确性检查的结论；否则表示升级文件存在错误，然后清除升级文件发送完成标志，置升级文件错误标志，退出升级文件正确性检查，电能表正常运行，不进行升级操作。

其具体步骤如下。

Step1，从升级文件存储基地址g_lAccumAddr开始，该地址g_lAccumAddr=START_FW_ADDR，其中START_FW_ADDR为约定的升级文件在电能表外部存储器中存储的基地址。

Step2，清零升级文件已解析总字节数g_lAccumReadCnt和当前已检字节个数s_iCheckCount，然后以升级文件存储基地址加上升级文件已解析总字节数g_lAccumAddr+g_lAccumReadCnt作为起始地址，从外部存储器读取256字节数据。

第一次执行step2时，才对升级文件已解析总字节数g_lAccumReadCnt进行清零操作，而中间跳转至step2时，则不对其清零了。

Step3，因为升级文件为HEX格式文件，由HEX格式文件特性，读取256字节中下一条未解析的记录，从中读出该条未解析记录的长度s_cFrameLen。

Step4，若该条未解析记录的长度s_cFrameLen与当前已检字节个数s_iCheckCount之和大于256字节，则表示该条未解析记录长度不完整，所以将当前已检字节个数s_iCheckCount合并到升级文件已解析总字节数g_lAccumReadCnt，下次读256字节数据时，以升级文件存储基地址加上升级文件已解析总字节数作为起始地址开始读取。

本发明每次读出256字节数据后，考虑到不一定是完整条数的帧，每次只检测256字节中的完整帧；当前已检字节数加上此次检帧帧长，如果大于从外部存储器处读出来的256字节，表示此次帧不完全，放弃检帧。也就是说，本发明的升级文件正确性检查函数每次只读取固定字节，一旦要读取的数据超出该固定字节数，则重新读取，实现“读少则重读”。

变量s_iCheckCount为每次检帧时，当前已检字节个数。变量s_cFrameLen为当前行字节个数（加上固定帧头cs字节）。

Step5，若上述记录行长度与已检字节个数之和不大于256字节，则表示该条未检记录在256字节中没有缺少数据，为完整记录，进入下一步操作，解析出当前该条记录的地址Addr、记录类型Record和数据Data。

Step6，首先进行该数据Data域长度判断。

由Hex文件特性，数据Data域存在一个最大长度，对于电能表Hex文件，最大为0x20字节。

判断数据长度Data是否满足：0＜数据Data长度≤定义帧长度DEFINE_FRAME_LEN。

Step7，若满足上述要求，则进入下一步判断当前该条记录的地址Addr的合法性。

Step8，若不满足，则再判断该数据Data长度是否为0，若不为0，则返回值为假False。

Step9，若为0，则判断该数据Data是否为文件结束的内容，根据Hex文件特性，当类型Record为1且地址ADDR为0时，表示文件结束。

Step10，若不为文件结束，则返回值为假False。

若为文件结束，则将最后读取的256字节数据里的已检字节个数和文件结束记录包含的字节数更新到升级文件已解析总字节数中。

Step11，然后再判断文件结束后升级文件已解析总字节数是否和上位机发送的文件总字节数一致，若总字节数一致，则升级文件的正确性检查结束并返回值为真True；若总字节数不一致，则返回值为假False。

Step8′，在判断当前该条记录的地址Addr的是否合法时，若该地址Addr不合法，则，返回值为假False。

Step9′，若该地址Addr合法，则再判断每一条记录最后的校验字是否和计算出的校验字一致，若一致，则更新当前已检字节个数s_iCheckCount，并取下一行未检查记录，转至Step3。若不一致，则返回值为假False。

如图4所示，本发明中，电能表可根据对应标志的值，自动选择是否进行升级，具体操作流程如下。

Step1，电能表上电启动。

Step2，检查外部Flash是否读写正确，若读写不正确，则电能表的LCD显示故障，为错误状态4（Err State4），显示完成后，电能表进入正常运行状态。

若读写正确，则检查需要升级标志g_bNeedUpdateFlg和检帧正确标志g_bGoodFirmwarefFlg，判断电能表是否需要更新。

Step3，若需要升级标志g_bNeedUpdateFlg和检帧正确标志g_bGoodFirmwarefFlg两个标志均有效，则执行升级，进入下一步操作。

若二者中至少有1个标志无效，则电能表不进行升级，电能表依然正常运行。

Step4，进行电源检查：调用电源检测函数，避免电源连续波动不稳定。

检测3.3V电源，上电后，连续检测20次（加延时），其中若有一次检测发现该电源电压低于3.0V，则重新检测。20次连续检测均符合要求，才通过该电源检查。

Step5，关闭所有中断以及外设，停止计量。给g_lAccumReadCnt赋初值0。由于在芯片中，128K内部flash分为bank0~bank3四个区域，定义bank0为非更新区，其余三个bank为更新区，所以擦除内部flash中bank1到bank3区域。

Step6，从外部存储器中读1kb数据到RAM区，其起始地址为：升级文件已累积写入总字节数g_lAccumReadCnt+升级文件存储基地址START_FW_ADDR。

本发明将RAM的1kb数据区域定义在MCU的最后1kb空间。

Step7，调用1kb写函数写MCU的内部Flash。

Step8，判断写入的升级文件是否结束，若已结束，则表明该电能表升级完成，更新所有标志Flg，即清除需要升级标志g_bNeedUpdateFlg和检帧正确标志g_bGoodFirmwarefFlg。

若未结束，则将当前已写入内部flash字节数g_iReadIndex更新到升级文件已累积写入总字节数g_lAccumReadCnt中，再转至Step6。

如图5所示，本发明的1kb写函数包括如下步骤。

步骤1，给当前已写入内部flash字节数g_iReadIndex赋初值0。当前已写入内部flash字节数g_iReadIndex为每次从外部存储器中读取1kb数据后检帧时当前已写入内部flash的字节数。

步骤2，读一行记录，解析出一行记录长度S_cCurrLinLen、记录里的MCU地址S_lWriteMCUAddr、记录类型g_iReadstyle。

步骤3，判断当前已写入内部flash字节数加上该条正在检查的记录帧长度是否超出了读取的1kb数据长度；若没有超出，则分析该条记录的MCU地址S_lWriteMCUAddr，判断是否需要进行地址偏移，是否需要更换写入的Bank，然后做相应处理，转至步骤4。

若超出，则返回状态值STATE为0，表明1kb数据中的完整记录已经全部解析写入完成。

步骤4，判断记录类型是否为数据类型，若是数据类型，则调用写Flash函数。

Parameter: s_pDstpointer(MCU),s_pSourcePointer(RAM),s_cLEN

s_pDstpointer是目的指针，指向MCU。s_pSourcePointer是源指针，指向RAM。s_cLEN是数据长度。

若不是数据类型，则直接转至步骤5。

步骤5，将当前该条已解析记录长度更新到当前已写入内部flash字节数：g_iReadIndex+=S_cCurrLinLen；再转至步骤2。

如图6所示，bank0定义为不可更新区域，包含：中断向量表、初始化程序Startup、IO变量、LCD函数、Flash相关代码、标志Flg存储区(该区域可写)、保留区域；功能函数区域(该功能函数为要运行升级所必须的函数，不能进行更新，否则电能表无法启动进行更新)；bank1~bank3定义为可更新区，存储的是功能函数代码，该区域可以在升级过程中擦除和重新写入数据而不会影响到升级程序的正常运行。

中断向量表要求所有服务程序都固定地址，所以中断向量表中的函数都必须位于bank0区域，该区域不可更新，升级前后函数地址不会产生变化。

在芯片定义中，bank0地址为0x0000~0x7fff，bank1~bank3的地址均为0x8000~0xffff，三个bank共用同样的地址，需要根据bank选择字来区分是哪一个bank，当标志字为1时，选择的为bank1，为2时选择的为bank2，为3时选择的为bank3，因此本发明根据MCU地址S_lWriteMCUAddr确定该条记录的数据应该写入哪个bank区域，然后将电能表内部flash切换到该bank区域后再写入数据。本发明将升级文件覆盖升级前的文件，升级前的文件除存储在不可更新区域的内容外，其余内容全部被擦除替换。

Claims (8)

1.一种电能表在线升级方法，该方法包括如下步骤：

步骤一，上位机发送清除外部存储器的命令到电能表，将升级文件的存储区域清零；

步骤二，上位机发送升级文件到指定编号的电能表的外部存储器指定位置，进行升级文件的正确性检查、外部存储器的读写正确性检查和MCU的内部Flash的读写正确性检查，若检查通过，则转至步骤三；若检查未通过，则不进行后续的升级操作，需重新发送升级文件；

步骤三，电能表重新启动；启动过程中，电能表选择执行或者不执行升级程序；

若不执行升级文件，电能表正常运行；

若执行升级文件，电能表检查外部存储器和MCU内部Flash的读写正确性，并擦除该内部Flash的对应存储区域；再将外部存储器的升级文件分多次读到RAM空间，然后再更新到该内部Flash中，升级文件全部更新完成后，重启电能表，完成升级操作。

2.根据权利要求1所述的电能表在线升级方法，其特征在于，所述上位机发送升级文件完成后，清除需要升级标志和检帧正确标志，置位升级文件下发完成标志；所述升级文件的正确性检查通过后，置位检帧正确标志和需要升级标志；若未通过，则清除该检帧正确标志和升级文件下发完成标志；所述电能表升级完成，清除上述所有标志。

3.根据权利要求2所述的电能表在线升级方法，其特征在于，所述检帧正确标志和需要升级标志都有效时，所述电能表执行升级文件；若二者有任一无效，则所述电能表不执行升级文件。

4.根据权利要求1所述的电能表在线升级方法，其特征在于，所述升级文件的正确性检查是检查在外部存储器中存储的升级文件的合法性；包括如下步骤：

第一步，从所述升级文件存储起始地址开始，循环读取固定长度的该升级文件内容，再解析出该固定长度升级文件内容中一条完整的记录；

第二步，解析该条记录中数据的长度；根据长度判断该记录的末端是否超出固定长度，若超出，则以该记录首端作为开始地址，转至第一步，若不超出，则转至下一步；

第三步，判断所述记录长度是否满足设定要求，如满足，则转至下一步；否则得出未通过正确性检查的结论，并返回；

第四步，解析出当前所述记录的地址、记录类型和校验字；

第五步，判断该条记录的地址合法性，若为合法地址，则转至下一步；否则得出未通过正确性检查的结论，并返回；

第六步，判断当前所述记录的校验字是否和计算出的校验字一致，若一致，则从当前所述记录的地址起，再读取所述固定长度的下一条记录，并转至第二步；直至所述升级文件的数据均通过所述数据长度的检查、所述地址合法性的检查以及所述校验字的一致性检查，并得出所述升级文件通过正确性检查的结论，并返回；否则得出未通过正确性检查的结论，并返回。

5.根据权利要求4所述的电能表在线升级方法，其特征在于，所述记录中数据的长度不满足设定要求，则判断其长度是否为0，若不为0，则判断得出未通过正确性检查的结论，并返回；

若其长度为0，则判断所述升级文件是否结束，若不为文件结束，则判断得出未通过正确性检查的结论，并返回；若为文件结束，则将最后读取的所述固定字节数据里的检帧正确字节数和文件结束记录字节数更新到总字节数中，再判断所述升级文件结束后已检总字节数是否与上位机发送的文件总字节数一致，若二者字数一致，则表明通过正确性检查，并返回；否则判断得出未通过正确性检查的结论，并返回。

6.根据权利要求1所述的电能表在线升级方法，其特征在于，所述执行升级文件前，所述电能表首先关闭所有中断，停止电能计量；接着该电能表的LCD对应指示升级进行中；然后进行电源检查，然后检查检帧正确标志和需要升级标志是否置位，再进行所述外部存储器和所述内部Flash的读写正确性检查，通过后则进行升级。

7.根据权利要求6所述的电能表在线升级方法，其特征在于，所述电源检查是检测电源V3P3，上电N秒后，连续检测M次；若有一次检测该电源低于3.0V，则重新检测。

8.根据权利要求1所述的电能表在线升级方法，其特征在于，所述将外部存储器的升级文件分多次读到RAM空间需要对每次读入的内容进行校验位、数据长度和地址的合法性判断；只有每次读入的内容为合法内容时才再更新到所述MCU的内部Flash中。