CN104090796A - 一种嵌入式设备程序更新方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种嵌入式设备程序更新方法和系统，该方法包括：设备接收程序文件数据包保存在外部NOR Flash中；对数据包进行数据校验，当收到程序替换指令时，修改EEPROM中存储的升级配置信息，然后从应用程序空间返回到Bootloader空间；Bootloader将所接收的程序文件数据包写入内部NAND Flash实现程序替换。本发明提供了一种可靠的升级方式，针对升级过程中设备意外掉电的情况提供了解决方法，上电后可继续升级，同时支持升级与备份恢复。

Description

一种嵌入式设备程序更新方法和系统

技术领域

本发明涉及嵌入式设备程序更新方法和系统，特别涉及一种嵌入式设备程序在线更新方法和系统。 

背景技术

嵌入式系统广泛应用于工业控制、电子设备产品等，例如智能交通系统中的实时监控。嵌入式终端设备随着功能的日益完善、终端数量的不断攀升，需要提供一套有效的设备管理及升级方案，让终端维护人员可以通过多种方式进行升级维护。为了实现软件升级，嵌入式终端设备都会提供Bootloader，用于检测应用程序的开始执行地址。对于远程维护工作，需要使用终端与系统提供的通信服务。在嵌入式系统的远程升级过程中，设备意外掉电是导致升级失败的主要风险，可能会引起整个系统瘫痪。因此，防止意外掉电是保护升级安全的至关重要的环节。 

因此，针对相关技术中所存在的上述问题，目前尚未提出有效的解决方案。 

发明内容

为解决上述现有技术所存在的问题，本发明提出了一种嵌入式设备程序更新方法和系统，该方法包括： 

当嵌入式终端设备接收到升级控制端的程序文件数据包时，将数据保存在外部NOR Flash中； 

在程序文件数据包接收完成时,进行数据校验，当校验通过后，等待升级控制端的程序替换指令； 

如果收到程序替换指令，修改EEPROM中存储的升级配置信息，指示有新的应用程序文件，然后从应用程序空间返回到Bootloader空间； 

Bootloader将所接收的程序文件数据包写入内部NAND Flash实现程序替换操作。 

优选地，所述EEPROM中预先规划用于存放升级进度的信息的地址空间，供Bootloader通过检测该升级进度的值来判断应用程序空间的程序是否有效，当升级的应用程序正常运行时，修改升级进度为已完成状态， 

所述数据校验采用16位循环冗余校验码进行校验，如果校验失败，则对失败部分数据重新初始化，并且按正常方式引导应用程序； 

优选地，所述嵌入式终端设备片内NAND Flash的中断向量地址空间被规划到Bootloader空间，应用程序的中断服务程序地址到内存指定地址进行存放，在Bootloader的中断服务程序入口检测内存该指定地址的值是否有效，若有效则直接跳转到应用程序的中断服务程序，否则继续执行Bootloader中的中断服务程序； 

所述外部NOR Flash中预先规划有两片地址空间即第一应用程序区和第二应用程序区，分别是升级区和备份区，当下载得到的升级程序文件时，首先存储在外部NOR Flash的升级区中，升级程序文件校验通过后，修改EEPROM的升级标志，并主动退出应用程序回到Bootloader，待Bootloader完成升级文件的替换后，升级区变为备份区，原备份区变为升级区，等待下次程序升级文件的写入。 

优选地，其特征在于，所述Bootloader的程序替换操作，进一步包括： 

当嵌入式终端设备上电后，单片机从复位中断服务向量所指向的地址即Bootloader的首地址开始执行； 

在Bootloader中，首先关闭设备的看门狗和中断，初始化硬件，然后从EEPROM读取升级配置信息，根据所述升级配置信息做出以下判断： 

如果该升级配置信息指示在外部NOR Flash有新的应用程序，则擦除内部NAND Flash应用程序地址空间，从外部NOR Flash读出升级的应用程序文件数据，写入到内部NAND Flash的应用程序地址空间进行应用程序的升级替换； 

如果该升级配置信息指示升级的程序文件运行失败，需要恢复备份的应用程序，则擦除内部NAND Flash应用程序地址空间，从外部NOR Flash读出备份的应用程序文件数据，写入到内部NAND Flash的应用程序地址空间进行恢复； 

如果该升级配置信息指示程序正常运行，则判断应用程序的入口地址是否有效，若有效，则跳转到入口执行应用程序，否则执行串口接收程序，等待串口程序下载； 

当引导过程被人为中断时，Bootloader直接进入串口升级命令等待阶段，如果在预定时间内收到串口程序下载命令，则执行串口接收程序，等待串口程序下载，如果在预定时间内没有收到串口程序下载命令，则继续引导。 

根据本发明的另一方面，提供了一种嵌入式设备程序更新系统,包括： 

接收模块，用于当嵌入式终端设备接收到升级控制端的程序文件数据包时，将数据保存在外部NOR Flash中； 

校验模块，用于在程序文件数据包接收完成时进行数据校验，当校验通过后，等待升级控制端的程序替换指令； 

升级指示模块，用于在收到程序替换指令时，修改EEPROM中存储的升级配置信息，指示有新的应用程序文件，然后从应用程序空间返回到Bootloader空间； 

替换模块，用于将所接收的程序文件数据包写入内部NAND Flash实现程序替换操作。 

本发明相比现有技术，具有以下优点： 

提供了一种可靠的升级方式，支持本地串口下载和远程下载的升级接口，并针对升级过程中设备意外掉电的情况提供了解决方法，上电后可继续升级，同时支持升级与备份恢复。 

附图说明

图1是根据本发明实施例的嵌入式设备程序更新方法的流程图。 

具体实施方式

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。 

本发明的一方面提供了一种嵌入式设备程序更新方法。图1是根据本发明实施例的嵌入式设备程序更新方法流程图。以下实施例以如下体系结构为例具体说明本发明的在线升级方法。 

嵌入式体系结构由以下单元组成，设备包括嵌入式微处理器、FPGA、外部NOR Flash、EEPROM、串行接口等电路。嵌入式微处理器包含片上NAND Flash。外部NOR Flash和EEPROM由FPGA提供片选使能信号。 

外部NOR Flash支持最小4K字节的擦除单位，可以保存数据量大、很少修改的数据如接收的程序文件、字库、声音数据。EEPROM可直接读写不需要擦除，用于保存数据量少、随时修改的配置信息如程序文件的升级配置信息。 

在嵌入式微处理器内部NAND Flash地址空间里，分为3个部分，最低端的 地址空间为RAM；其余一部分地址空间用于存放Bootloader；另一部分空间用于存放应用程序。应用程序空间被分成2个地址空间。 

如图1所示，实施本发明的具体步骤如下： 

(1)当嵌入式终端设备接收到升级控制端的程序文件数据包时，将数据保存在外部NOR Flash中， 

(2)在程序文件数据包接收完成时,进行数据校验，当校验通过后，等待升级控制端的程序替换指令； 

(3)如果收到程序替换指令，修改EEPROM存储的升级配置信息，指示有新的应用程序文件，然后从应用程序空间返回到Bootloader空间。 

(4)Bootloader按照上电的执行流程进行程序替换。 

本发明为了避免在升级程序过程中设备掉电的影响，优选地采取了以下三个方面措施： 

首先，在EEPROM中规划一片地址空间，用于存放升级进度的信息。当升级的应用程序正常运行时，修改升级进度为已完成状态。Bootloader通过检测该升级进度的值，进一步判断应用程序空间的程序是否有效。为了保证EEPROM中该部分数据的正确性，采用16位循环冗余校验码(CRC16)校验。如果校验失败，则对该部分数据重新初始化，并且按正常方式引导应用程序； 

第二，将中断向量地址空间规划到Bootloader空间，由此不必在替换程序时擦除中断向量区。应用程序的中断服务程序地址到内存指定地址如0x200进行存放，在Bootloader的中断服务程序入口检测内存该指定地址的值是否有效，若有效则直接跳转到应用程序的中断服务程序，否则继续执行Bootloader中的中断服务程序； 

第三，在外部NOR Flash中规划两片地址空间，第一应用程序区和第二应 用程序区，分别是升级区和备份区。从计算机端或远程通信连接下载得到的升级程序文件，首先存储在外部NOR Flash的升级区中。升级程序文件校验通过后，修改EEPROM的升级标志，并主动退出应用程序回到Bootloader。待Bootloader完成升级文件的替换后，升级区变为备份区，原备份区变为升级区，等待下次程序升级文件的写入。通过这种存储、校验、替换的方式，可以避免传输错误导致升级失败的风险。 

利用上述改进，本发明的流程在升级引导阶段具体描述如下： 

当设备上电后，单片机从复位中断服务向量所指向的地址即Bootloader的首地址开始执行。 

在Bootloader中，首先关闭设备的看门狗和中断，初始化硬件，然后从EEPROM读取升级配置信息，根据所述升级配置信息做出以下判断： 

如果该升级配置信息指示在外部NOR Flash有新的应用程序，则擦除内部NAND Flash应用程序地址空间，从外部NOR Flash读出升级的应用程序文件数据，写入到内部NAND Flash的应用程序地址空间进行应用程序的程序替换； 

如果该升级配置信息指示升级的程序文件运行失败，需要恢复备份的应用程序，则擦除内部NAND Flash应用程序地址空间，从外部NOR Flash读出备份的应用程序文件数据，写入到内部NAND Flash的应用程序地址空间进行恢复； 

如果指示程序正常运行，则判断应用程序的入口地址是否有效，若有效则跳转到入口执行应用程序，否则执行串口接收程序，等待串口程序下载； 

如果设备维护人员在终端设备上电时刻人工干预引导流程，通过某种外部事件比如按键事件，暂时中断引导流程，让Bootloader直接进入串口升级命令等待阶段，在一段时间内如果收到串口程序下载命令，则执行串口接收程序，等待串口程序下载，否则超时后，继续引导。 

根据本发明进一步的一方面，为增加远程更新的可靠性，在Bootloader升级阶段作出进一步改进： 

1.网络堵塞、断开或者串口的误码都会造成数据错误，而造成更新不成功，为了节省资源和增加更新的成功率，设计软件支持断点续传。嵌入式终端在接收数据包的过程中，如果遇到突发情况，只要在不断电的情况下，软件将自动保存所有已经接收完成的数据包，当重新接收远程更新命令时，通过协议要求中心软件发送的数据包号，实现断点续传。当然，协议中制定了监控中心可以停止远程更新，要求信号处理机重新开始新一次的远程更新。 

2.数据库分段更新，让更新时数据库文件大小可调整，每次只更新需要的部分，尽量节省资源。全部的数据库信息比较大，往往只需要更新其中的部分或者小部分，所以根据更新数据包的一般特性，本发明把数据库分为了6段，分别把6段数据文件放在FLASH的6个分区中，这样远程更新就更具灵活性，远程传送的数据量也得到了控制，增强了远程更新成功的可靠性。 

本发明的另一方面提供了一种嵌入式设备程序更新系统,包括： 

接收模块，用于当嵌入式终端设备接收到升级控制端的程序文件数据包时，将数据保存在外部NOR Flash中； 

校验模块，用于在程序文件数据包接收完成时进行数据校验，当校验通过后，等待升级控制端的程序替换指令； 

升级指示模块，用于在收到程序替换指令时，修改EEPROM中存储的升级配置信息，指示有新的应用程序文件，然后从应用程序空间返回到Bootloader空间； 

替换模块，用于将所接收的程序文件数据包写入内部NAND Flash实现程序 替换操作。 

综上所述，本发明提出了一种嵌入式设备程序的可靠升级方法和系统，支持本地串口下载和远程下载的升级接口，并针对升级过程中设备意外掉电的情况提供了解决方法，上电后可继续升级，同时支持升级与备份恢复。 

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 (5)

1.一种嵌入式设备程序更新方法,其特征在于，包括： 

当嵌入式终端设备接收到升级控制端的程序文件数据包时，将数据保存在外部NOR Flash中； 

在程序文件数据包接收完成时,进行数据校验，当校验通过后，等待升级控制端的程序替换指令； 

如果收到程序替换指令，修改EEPROM中存储的升级配置信息，指示有新的应用程序文件，然后从应用程序空间返回到Bootloader空间； 

Bootloader将所接收的程序文件数据包写入内部NAND Flash实现程序替换操作。 

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述EEPROM中预先规划用于存放升级进度的信息的地址空间，供Bootloader通过检测该升级进度的值来判断应用程序空间的程序是否有效，当升级的应用程序正常运行时，修改升级进度为已完成状态， 

所述数据校验采用16位循环冗余校验码进行校验，如果校验失败，则对失败部分数据重新初始化，并且按正常方式引导应用程序。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述嵌入式终端设备片内NAND Flash的中断向量地址空间被规划到Bootloader空间，应用程序的中断服务程序地址到内存指定地址进行存放，在Bootloader的中断服务程序入口检测内存该指定地址的值是否有效，若有效则直接跳转到应用程序的中断服务程序，否则继续执行Bootloader中的中断服务程序； 

所述外部NOR Flash中预先规划有两片地址空间即第一应用程序区和第二应用程序区，分别是升级区和备份区，当下载得到的升级程序文件时，首先存储在外部NOR Flash的升级区中，升级程序文件校验通过后，修改EEPROM的升 级标志，并主动退出应用程序回到Bootloader，待Bootloader完成升级文件的替换后，升级区变为备份区，原备份区变为升级区，等待下次程序升级文件的写入。 

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述Bootloader的程序替换操作，进一步包括： 

当嵌入式终端设备上电后，单片机从复位中断服务向量所指向的地址即Bootloader的首地址开始执行； 

在Bootloader中，首先关闭设备的看门狗和中断，初始化硬件，然后从EEPROM读取升级配置信息，根据所述升级配置信息做出以下判断： 

如果该升级配置信息指示在外部NOR Flash有新的应用程序，则擦除内部NAND Flash应用程序地址空间，从外部NOR Flash读出升级的应用程序文件数据，写入到内部NAND Flash的应用程序地址空间进行应用程序的升级替换； 

如果该升级配置信息指示升级的程序文件运行失败，需要恢复备份的应用程序，则擦除内部NAND Flash应用程序地址空间，从外部NOR Flash读出备份的应用程序文件数据，写入到内部NAND Flash的应用程序地址空间进行恢复； 

如果该升级配置信息指示程序正常运行，则判断应用程序的入口地址是否有效，若有效，则跳转到入口执行应用程序，否则执行串口接收程序，等待串口程序下载； 

当引导过程被人为中断时，Bootloader直接进入串口升级命令等待阶段，如果在预定时间内收到串口程序下载命令，则执行串口接收程序，等待串口程序下载，如果在预定时间内没有收到串口程序下载命令，则继续引导。 

5.一种嵌入式设备程序更新系统,其特征在于，包括： 

接收模块，用于当嵌入式终端设备接收到升级控制端的程序文件数据包时， 将数据保存在外部NOR Flash中； 

校验模块，用于在程序文件数据包接收完成时进行数据校验，当校验通过后，等待升级控制端的程序替换指令； 

升级指示模块，用于在收到程序替换指令时，修改EEPROM中存储的升级配置信息，指示有新的应用程序文件，然后从应用程序空间返回到Bootloader空间； 

替换模块，用于将所接收的程序文件数据包写入内部NAND Flash实现程序替换操作。