CN104391726A - 一种基于Bootloader的SFP光模块升级方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于Bootloader的SFP光模块升级方法，包括以下步骤：在SFP光模块的微控制器的FLASH区域中，开辟出Bootloader存放区域，其中存储有Bootloader启动程序；选择启动Bootloader，对FLASH区域中的程序代码区域内的数据执行升级操作。本发明将Bootloader技术应用于光模块领域，可以使得用户或厂商能通过网络，对光模块的微控制器程序进行远程升级，而不必返厂使用编程器烧录程序。通过远程升级技术，可以根据目标交换机、路由器的不同，来升级光模块内部程序，使其达到兼容的目的。同时，不会造成有效数据丢失或调测试参数丢失。
Description
技术领域
本发明涉及光模块领域，尤其是涉及一种基于Bootloader的SFP光模块升级方法。
背景技术
光模块是一种提供光电－电光转换能力的集成化通讯配件，其内部结构框图如图1所示。其中，微控制器主要功能是提供与主机端的通讯总线硬件接口和警告、告警硬件接口。目前市场上主流光模块均包含可编程的微控制器。SFP为市场上最常见的光模块，一般用于千兆级以太网。
光模块作为交换机、路由器的重要组件，广泛应用于网络通讯硬件中。交换机和路由器的生产厂商数量众多，知名厂商包括：思科、华为、中兴、阿尔卡特、惠普、TP-LINK、D-LINK等等。虽然，IEEE和ITU等国际组织提出了标准的通讯协议，设备厂商也联合制定了SFF8472、INF8077I等标准协议，但各主流设备商之间，也存在诸多互不兼容的自定义标准，这导致了一只符合协议标准的光模块，无法同时取得主流设备商的交换机、路由器等设备的兼容性。光模块生产商为了让光模块获得某设备的兼容性，往往单独开发符合该设备要求的微控制器程序，且这一阶段是在光模块出厂前完成。
Bootloader是嵌入式系统在加电后执行的第一段代码，在它完成CPU和相关硬件的初始化之后，再将操作系统映像或固化的嵌入式应用程序装在到内存中然后跳转到操作系统所在的空间，启动操作系统运行。在嵌入式操作系统中，BootLoader是在操作系统内核运行之前运行。可以初始化硬件设备、建立内存空间映射图，从而将系统的软硬件环境带到一个合适状态，以便为最终调用操作系统内核准备好正确的环境。在嵌入式系统中，通常并没有像BIOS那样的固件程序(注，有的嵌入式CPU也会内嵌一段短小的启动程序)，因此整个系统的加载启动任务就完全由BootLoader来完成。
目前，Bootloader适用于专用的嵌入式环境，例如其广泛应用于GNU/Linux系统。一个嵌入式Linux系统从软件的角度看通常可以分为四个层次：
1、引导加载程序。包括固化在固件(firmware)中的boot代码(可选)，和BootLoader两大部分。
2、Linux内核。特定于嵌入式板子的定制内核以及内核的启动参数。
3、文件系统。包括根文件系统和建立于Flash内存设备之上文件系统。通常用ramdisk来作为rootfs。
4、用户应用程序。特定于用户的应用程序。有时在用户应用程序和内核层之间可能还会包括一个嵌入式图形用户界面。常用的嵌入式GUI有：MicroWindows和MiniGUI等。
但是，Bootloader目前尚只在一些大型软件项目或系统中使用，比如个人计算机(PC)，手机操作系统，智能交换机操作系统，电视机机顶盒操作系统等；在一些小型软件系统或单片微机系统领域，几乎没有使用Bootloader的先例。Bootloader本身对于系统硬件的依赖性很高，往往特定的硬件需要搭配特定的Bootloader程序。
普通的SFP光模块，在出厂之后，其内部程序不可以直接更改，必须返回工厂，针对不同的微控制器型号，使用专用的编程器对微控制器进行程序烧录。由于程序烧录会破坏现有程序和数据，因此相当于再次对该光模块进行了生产，这样的解决方案浪费时间精力，维护周期长，极其繁琐。
普通的光模块返厂程序升级流程如图2所示。由于外壳的拆卸，有可能造成产品性能参数的改变，因此需要再次对光模块性能做测试。这会引入极大的工作量，且因壳件拆卸，会造成一定比例的物料损坏，也大大增加了程序升级的成本。
部分光模块生产厂商，通过电路板的设计，避开了光模块壳件拆卸和编程线缆的连接问题，但必须搭配其特制的程序升级电路板，也使得客户无法自行或无法在远程协助下完成程序升级。同时，此类电路的设计，会带来成本的提升，且降低光模块可靠性。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于Bootloader的SFP光模块升级方法。本发明通过在SFP光模块中设置Bootloader，可以实现对光模块的微控制器程序进行远程升级，而不必返厂使用编程器烧录程序。
本发明提供的技术方案为：
一种基于Bootloader的SFP光模块升级方法，包括以下步骤：
在SFP光模块的微控制器的FLASH区域中，开辟出Bootloader存放区域，其中存储有Bootloader启动程序；
选择启动Bootloader，对FLASH区域中的程序代码区域内的数据执行升级操作。
优选的是，所述的基于Bootloader的SFP光模块升级方法中，
所述SFP光模块设置有IIC接口，系统通过远程访问IIC接口来启动Bootloader，执行升级操作。基于Bootloader，用户可以使用给定的软件接口，对现有软件进行升级。厂商也可以通过网络远程进行软件升级。
较优选的是，所述的基于Bootloader的SFP光模块升级方法中，
选择启动Bootloader，对FLASH区域中的程序代码区域内的数据执行升级操作包括以下步骤：
1)在微控制器中写入“BOOT”的ASCII码，启动Bootloader；
2)将新的程序数据写入FLASH区域中的程序代码区域；
3)读出写入的新程序数据，与目标程序数据进行比对；
4)如果正确，则运行新程序数据，完成升级；如果不正确，则重复步骤2)和3)，直到正确为止。
优选的是，所述的基于Bootloader的SFP光模块升级方法中，
所述步骤2)中包括：
2.1)查找待写入新程序数据的FLASH区域中的映射地址；
2.2)将新程序数据中的512字节数据写入微处理器的缓冲区；
2.3)根据查找到的映射地址，擦除对应的FLASH区域中的原始程序；
2.4)将缓冲区内的新程序数据写入根据映射地址对应的FLASH区域中；
2.5)反复执行步骤2.2)-2.4)直到将所有新程序数据全部写入对应的FLASH区域中。
优选的是，所述的基于Bootloader的SFP光模块升级方法中，
所述步骤3)中包括：
3.1)查找写入了新程序数据的FLASH区域中的映射地址；
3.2)根据查找到的映射地址，将对应的FLASH区域中的新程序数据读取到缓冲区；
3.3)在缓冲区中读出新程序数据中的512字节数据，与目标程序数据进行比对，以校验写入程序的正确性；
3.4)反复执行步骤3.3)，直到完成校验。
优选的是，所述的基于Bootloader的SFP光模块升级方法中，所述Bootloader启动程序占用SFP光模块的IIC从机地址为A2H。
优选的是，所述的基于Bootloader的SFP光模块升级方法中，所述A2H区域的120、121、和122字节作为自定义Bootloader的控制字节；使用123、124、125、和126字节作为进入Bootloader模式的密码控制字节；使用高128位的页0xFC、0xFD、0xFE、0xFF四个页地址作为Bootloader升级的数据缓冲区。
优选的是，所述的基于Bootloader的SFP光模块升级方法中，所述123-126字节写入“BOOT”的ASCII码；121-122字节为FLASH映射地址字节；120字节为Bootloader控制字节，命令有：‘E’擦除微控制器的程序储存区，‘W’将缓冲区数据写入微控制器对应的FLASH区域，‘R’读取微控制器对应的FLASH区域数据至缓冲区，‘S’开始运行应用程序；高128位，按页映射缓冲区，0xFC页，映射缓冲区0x000-0x07F字节；0xFD页，映射缓冲区0x080-0x0FF字节；0xFE页，映射缓冲区0x100-0x17F字节；0xFC页，映射缓冲区0x180-0x1FF字节。
本发明中的一些缩写的含义：
MCU(Micro Control Unit):微控制单元，也即微控制器；
SFP(Small Form-Factor Pluggable):小型可热插拔光电收发模块；
XFP(10Gigabit Small Form Factor Pluggable 10G):速率小型可热插拔光电收发模块。
本发明的有益效果为：本发明将Bootloader技术应用于光模块领域，可以使得用户或厂商能通过网络，对光模块的微控制器程序进行远程升级，而不必返厂使用编程器烧录程序。通过远程升级技术，可以根据目标交换机、路由器的不同，来升级光模块内部程序，使其达到兼容的目的。同时，远程升级技术将保留光模块的现有厂商、用户数据，不会造成有效数据丢失或调测试参数丢失。同时，由于不需要将产品返厂升级，极大地降低了物流成本；且由于不需要拆卸壳体，保证了产品的完整性，节省物流，整体上节省了光模块产品升级的成本，同时，也节约了时间，便于用户的及时升级和使用。
附图说明
图1为光模块内部结构框图；
图2为光模块返厂程序升级流程图；
图3为SFP光模块硬件连接示意图；
图4为SFF-8472定义的A0H及A2H寄存器结构图；
图5为微控制器Bootloader程序工作流程图；
图6为微控制器C8051F330内部FLASH规划。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
本发明提供基于Bootloader的SFP光模块升级方法，包括以下步骤：
在SFP光模块的微控制器的FLASH区域中，开辟出Bootloader存放区域，其中存储有Bootloader启动程序；其实可以不局限于FLASH闪存区，也可以是其他位置，只是在FLASH区域更容易控制和进行升级。
选择启动Bootloader，对FLASH区域中的程序代码区域内的数据执行升级操作。本发明提供的Bootloader的SFP光模块远程升级技术。用户可以通过光模块总线接口进行软件升级，无须拆卸壳件或使用特殊的下载线缆；厂商也可以远程控制升级。这使得光模块出厂后，不必返厂，即可完成程序的更新，以达到兼容不同类型和要求的交换机的目的。
在上述的基于Bootloader的SFP光模块升级方法中，一种实现方式是：所述SFP光模块设置有IIC接口，系统(即厂商)通过远程访问IIC接口来启动Bootloader，执行升级操作。本发明将Bootloader移植于SFP光模块微控制器内，使用光模块标准总线接口IIC，兼容光模块SFF-8472协议，可以广泛应用于各类含有微控制器的SFP光模块。是解决远程升级光模块微控制器程序的有效解决方案。
在本发明的一个实施例中，选择启动Bootloader，对FLASH区域中的程序代码区域内的数据执行升级操作包括以下步骤：
1)在微控制器中写入“BOOT”的ASCII码，启动Bootloader；
2)将新的程序数据写入FLASH区域中的程序代码区域；
3)读出写入的新程序数据，与目标程序数据进行比对；
4)如果正确，则运行新程序数据，完成升级；如果不正确，则重复步骤2)和3)，直到正确为止。
在上述的所述的基于Bootloader的SFP光模块升级方法中，
所述步骤2)中包括：
2.1)查找待写入新程序数据的FLASH区域中的映射地址；
2.2)将新程序数据中的512字节数据写入微处理器的缓冲区；
2.3)根据查找到的映射地址，擦除对应的FLASH区域中的原始程序；
2.4)将缓冲区内的新程序数据写入根据映射地址对应的FLASH区域中；
2.5)反复执行步骤2.2)-2.4)直到将所有新程序数据全部写入对应的FLASH区域中。
在上述的基于Bootloader的SFP光模块升级方法中，
所述步骤3)中包括：
3.1)查找写入了新程序数据的FLASH区域中的映射地址；
3.2)根据查找到的映射地址，将对应的FLASH区域中的新程序数据读取到缓冲区；
3.3)在缓冲区中读出新程序数据中的512字节数据，与目标程序数据进行比对，以校验写入程序的正确性；
3.4)反复执行步骤3.3)，直到完成校验。
在上述的方案中，所述Bootloader启动程序占用SFP光模块的IIC从机地址为A0H、A2H。
在上述的方案中，所述A2H区域的120、121、和122字节作为自定义Bootloader的控制字节；使用123、124、125、和126字节作为进入Bootloader模式的密码控制字节；使用高128位的页0xFC、0xFD、0xFE、0xFF四个页地址作为Bootloader升级的数据缓冲区。
在上述方案中，所述123-126字节写入“BOOT”的ASCII码；121-122字节为FLASH映射地址字节；120字节为Bootloader控制字节，命令有：‘E’擦除微控制器的程序储存区，‘W’将缓冲区数据写入微控制器对应的FLASH区域，‘R’读取微控制器对应的FLASH区域数据至缓冲区，‘S’开始运行应用程序；高128位，按页映射缓冲区，0xFC页，映射缓冲区0x000-0x07F字节；0xFD页，映射缓冲区0x080-0x0FF字节；0xFE页，映射缓冲区0x100-0x17F字节；0xFC页，映射缓冲区0x180-0x1FF字节。
Bootloader本身对于系统硬件的依赖性很高，往往特定的硬件需要搭配特定的Bootloader程序。基于Bootloader，用户可以使用给定的软件接口，对现有软件进行升级。厂商也可以通过网络远程进行软件升级。普通的SFP光模块，在出厂之后，其内部程序不可以直接更改，必须返回工厂，针对不同的微控制器型号，使用专用的编程器对微控制器进行程序烧录。由于程序烧录会破坏现有程序和数据，因此相当于再次对该光模块进行了生产，这样的解决方案浪费时间精力，维护周期长，极其繁琐。本发明通过在微控制器中架设Bootloader，通过光模块控制总线接口，实现SFP光模块可远程更新内部软件。图3为SFP光模块硬件连接示意图，按照SFP-MSA规范，SFP光模块提供IIC总线接口与设备通讯。依照本发明的方法使得光模块的升级快速、方便，周期明显缩短，简化了很多流程。同时，也依照本发明的方法不需要拆卸光模块的外壳，也不需要将产品运送回原厂，极大地节约了生产成本和物理成本。光模块升级的便捷必定能够为用户的使用带来极大的便利和很好的用户体验。本发明将详细说明基于自定义Bootloader的光模块远程升级技术的实现方式。
SFP光模块提供IIC总线接口，IIC从机地址为A0H、A2H，按照SFF-8472协议规定，A0H、A2H寄存器结构如图4所示。其中，A2H区域的120-127字节为厂商定义功能区。主流光模块厂商通常将A2H区域的123、124、125、126区域作为厂商密码写入区，127作为高128字节映射页地址寄存器。如下表所示：
本发明使用保留地址120、121、122字节作为自定义Bootloader的控制字节，同时使用123、124、125、126字节作为进入Bootloader模式的密码控制字节，使用高128位的页0xFC、0xFD、0xFE、0xFF四个页地址作为Bootloader升级的数据缓冲区。这里以光模块常用的C8051F330型号微控制为例，阐述代码的实现过程。
自定义Bootloader控制接口如下：
1，A2H地址，123-126字节，写入“BOOT”的ASCII码，进入Bootloader模式。
2，A2H地址，121-122字节为FLASH映射地址字节，对应微控制器的FLASH空间。
3，A2H地址，120字节为Bootloader控制字节，命令有：‘E’擦除微控制器的程序储存区，‘W’将缓冲区数据写入微控制器对应的FLASH区域，‘R’读取微控制器对应的FLASH区域数据至缓冲区，‘S’开始运行应用程序。所有操作完成后，微控制器自动清零该字节数据。
4，A2H地址，高128位，按页映射缓冲区。0xFC页，映射缓冲区0x000-0x07F字节；0xFD页，映射缓冲区0x080-0x0FF字节；0xFE页，映射缓冲区0x100-0x17F字节；0xFC页，映射缓冲区0x180-0x1FF字节。(缓冲区大小匹配微控制器FLASH的BANK大小，C8051F330微控制器的FLASH每个BANK大小为0x200字节，因此使用4页缓冲区作为映射，共0x200字节)。
使用Bootloader更新程序的方法流程为：
1，A2H地址，123-126字节，写入“BOOT”的ASCII码，进入Bootloader模式。
2，A2H地址，121，122字节，写入FLASH的映射地址，自0x0000至0x1600，首次写入0x0000，再次进入步骤2时，增加0x200后写入。
3，A2H地址，127字节页地址0xFC、0xFD、0xFE、0xFF写入512字节的程序数据；
4，A2H地址，120字节，写入‘E’，擦除对应FLASH区域的原始程序；
5，A2H地址，120字节，写入‘W’，将缓冲区程序数据写入对应的FLASH区域；
6，重复步骤2-5，直至全部程序完整写入。
7，A2H地址，121，122字节，写入FLASH的映射地址，自0x0000至0x1600，首次写入0x0000，再次进入步骤7时，增加0x200后写入。
8，A2H地址，120字节，写入‘R’，将对应的FLASH区域程序数据读出至缓冲区。
9，A2H地址，127字节页地址0xFC、0xFD、0xFE、0xFF读出512字节的程序数据，与目标程序数据对比，以此校验程序正确性。
10，校验正确，则对A2H地址120字节，写入‘S’，运行目标程序代码；若校验错误，则重复2-9步骤。
完成自定义Bootloader的接口之后，需要针对微控制器的硬件架构，来实现Bootloader的移植。由于Bootloader与硬件息息相关，因此首先应对微控制器C8051F330的FLASH区域进行规划。图6给出了微控制器C8051F330内部FLASH规划图。
微控制器C8051F330内部共8K空间，以512字节为BANK储存程序代码和数据。按照规划，将程序代码区固定于0x0000-0x15FF区域，将厂商数据和产品数据固定于0x1600-0x19FF区域，将Bootloader存放于0x1A00-0x1DFE区域，其余区域均为微控制器自身保留区。在执行Bootloader升级时，只对0x0000-0x15FF区域的程序代码。这样可以保证厂商数据和产品数据不受程序更新的影响。
使用函数指针，可以实现代码执行地址的变更，例如void(*bootloader)()，即将程序运行地址指向bootloader函数。通过修改startup.a51文件，可以将代码编译地址和中断入口跳转地址设定为目标地址。下文为典型代码：
在完成程序接口拼接后，需要将编译结构进行拼接。即将Bootloader的程序编译的可执行文件和目标程序编译的可执行文件进行拼接。拼接时，需要符合图6定义的FLASH分配地址。即0x0000-0x15FF为目标程序代码，0x1A00-0x1DFE为Bootloader程序代码。拼接后的程序，适用于首次对微控制器烧录；之后使用Bootloader升级程序时，只需要导入0x1600以前的代码数据。
本发明，将Bootloader方式移植于SFP光模块微控制器，实现了光模块出厂后，可通过标准IIC接口进行远程程序升级，无须借助任何编程线缆，也不用拆卸光模块壳件。这使得客户可以自助升级或由厂商进行远程升级，达到兼容各厂商交换机、路由器的目的。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (8)
1.一种基于Bootloader的SFP光模块升级方法，其特征在于，包括以下步骤：
在SFP光模块的微控制器的FLASH区域中，开辟出Bootloader存放区域，其中存储有Bootloader启动程序；
选择启动Bootloader，对FLASH区域中的程序代码区域内的数据执行升级操作。
2.如权利要求1所述的基于Bootloader的SFP光模块升级方法，其特征在于，
所述SFP光模块设置有IIC接口，系统通过远程访问IIC接口来启动Bootloader，执行升级操作。
3.如权利要求2所述的基于Bootloader的SFP光模块升级方法，其特征在于，选择启动Bootloader，对FLASH区域中的程序代码区域内的数据执行升级操作包括以下步骤：
1)在微控制器中写入“BOOT”的ASCII码，启动Bootloader；
2)将新的程序数据写入FLASH区域中的程序代码区域；
3)读出写入的新程序数据，与目标程序数据进行比对；
4)如果正确，则运行新程序数据，完成升级；如果不正确，则重复步骤2)和3)，直到正确为止。
4.如权利要求3所述的基于Bootloader的SFP光模块升级方法，其特征在于，
所述步骤2)中包括：
2.1)查找待写入新程序数据的FLASH区域中的映射地址；
2.2)将新程序数据中的512字节数据写入微处理器的缓冲区；
2.3)根据查找到的映射地址，擦除对应的FLASH区域中的原始程序；
2.4)将缓冲区内的新程序数据写入根据映射地址对应的FLASH区域中；
2.5)反复执行步骤2.2)-2.4)直到将所有新程序数据全部写入对应的FLASH区域中。
5.如权利要求4所述的基于Bootloader的SFP光模块升级方法，其特征在于，
所述步骤3)中包括：
3.1)查找写入了新程序数据的FLASH区域中的映射地址；
3.2)根据查找到的映射地址，将对应的FLASH区域中的新程序数据读取到缓冲区；
3.3)在缓冲区中读出新程序数据中的512字节数据，与目标程序数据进行比对，以校验写入程序的正确性；
3.4)反复执行步骤3.3)，直到完成校验。
6.如权利要求5所述的基于Bootloader的SFP光模块升级方法，其特征在于，所述Bootloader启动程序占用SFP光模块的IIC从机地址包括A2H。
7.如权利要求6所述的基于Bootloader的SFP光模块升级方法，其特征在于，所述A2H区域的120、121、和122字节作为自定义Bootloader的控制字节；使用123、124、125、和126字节作为进入Bootloader模式的密码控制字节；使用高128位的页0xFC、0xFD、0xFE、0xFF四个页地址作为Bootloader升级的数据缓冲区。
8.如权利要求7所述的基于Bootloader的SFP光模块升级方法，其特征在于，所述123-126字节写入“BOOT”的ASCII码；121-122字节为FLASH映射地址字节；120字节为Bootloader控制字节，命令有：‘E’擦除微控制器的程序储存区，‘W’将缓冲区数据写入微控制器对应的FLASH区域，‘R’读取微控制器对应的FLASH区域数据至缓冲区，‘S’开始运行应用程序；高128位，按页映射缓冲区，0xFC页，映射缓冲区0x000-0x07F字节；0xFD页，映射缓冲区0x080-0x0FF字节；0xFE页，映射缓冲区0x100-0x17F字节；0xFC页，映射缓冲区0x180-0x1FF字节。
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
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