CN108196873B - 电力系统嵌入式软件远程动态升级方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电力系统嵌入式软件远程动态升级方法和系统，所述包括以下步骤：将软件升级信息表和软件升级代码远程加载到电力系统待升级设备节点；当所述设备节点中“空闲”任务运行时(所有系统任务均处于未运行状态时)，根据软件升级信息表进行信息校验，校验正确则执行软件动态升级。本发明通过信息校验和中断的控制，保证了软件升级过程的安全、可靠。

Description

电力系统嵌入式软件远程动态升级方法和系统

技术领域

本发明属于设备远程软件升级领域，尤其涉及一种电力系统嵌入式软件远程动态升级方法和系统。

背景技术

电力系统具有高可靠性、高稳定性、高连续性运行的特点，嵌入式软件在电力系统行业应用广泛，一些重要环节(如继电器、核电站等)的嵌入式软件的可靠性对于电力系统的稳定运行具有重要意义，若异常运行往往会引起较大的经济损失，甚至会造成人员伤亡。并且，随着新技术的不断涌现和对设备功能、性能要求的不断提高，必须对这些电力设备的内部嵌入式软件定期或不定期的进行程序升级，以延长设备的使用周期，节约成本。目前很多的软件升级仍然需要工作人员的介入，升级过程繁琐、时间长。因此，需要一种电力系统用嵌入式软件远程升级方法。

目前现有技术中远程升级的主要方式是建立管理服务器与待升级设备之间的通信，将升级文件载入终端进行更新，但在更新过程中，实现过程复杂，待升级设备的软件系统中可能设有不同优先级的任务，升级过程中，若高优先级的任务执行，很容易导致升级过程中运行出错；并且一旦出错系统就要重新按照升级文件执行全部内容，升级效率低。

因此，如何提高远程升级的效率，以及保证升级过程的可靠稳定运行，是本领域技术人员目前迫切需要解决的技术问题。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种电力系统用嵌入式软件远程动态升级方法，在基于ARM处理器+uC/OS-II操作系统的嵌入式电力系统用智能信息处理板上，通过远程信息注入方式，将待升级的软件函数模块预先加载到RAM中指定存储空间，通过修改原函数模块的入口地址指令，实现函数调用时的PC二次定位跳转，从而实现对新函数模块的调用，实现软件动态升级；软件动态升级过程由基于uC/OS-II系统建立的“空闲”任务中的相关功能模块完成，在较高优先级任务均未处于运行状态时，操作系统启动“空闲”任务运行，该功能模块通过对注入代码信息的有效性检查，将原函数模块的入口地址指令修改为指向新模块的跳转指令，同时该模块还可实现任意指定地址的指令或数据修改。本发明实现过程可靠、安全，不影响系统正常运行，可应用于电力系统行业嵌入式软件的动态升级。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于电力系统的嵌入式软件远程动态升级方法，包括以下步骤：

将软件升级信息表和软件升级代码远程加载到电力系统待升级设备节点；

当所述设备节点中“空闲”任务运行时(所有系统任务均处于未运行状态时)，根据软件升级信息表进行信息校验，校验正确则执行软件动态升级。

进一步地，所述软件升级信息表包括信息表头、表长度、代码长度、表区crc校验、代码区crc校验、信息表分区个数、各分区表内偏移、各分区指令起始地址、各分区指令条数和各分区指令。信息表分区个数指该信息表中所包含的升级指令模块个数，各分区表内偏移指各分区升级指令在信息表中的起始位置，各分区指令起始地址为待升级软件的首个指令升级地址，各分区指令条数指该分区升级的指令条数，各分区指令指从起始地址开始的升级指令。

进一步地，所述信息校验包括：

根据软件升级信息表，依次判断表头、表长度和代码长度、以及表区crc校验字和代码区crc校验字是否正确，以上信息均正确则校验正确。

进一步地，执行软件动态升级前，通过OS_ENTER_CRITICAL()关闭系统中断，升级完成后进行恢复。

进一步地，软件升级处理具体步骤为：

根据软件升级信息表查询各分区的信息偏移、起始修复地址和修复数据条数；

对于每个分区，从偏移起始地址处依次将各条修复数据填充至起始修复地址。

进一步地，所述软件动态升级方式包括：基于函数模块替换的软件升级和基于局部地址指令修复的软件升级。

进一步地，基于函数模块替换的升级，是通过修改函数被调用处的分支跳转指令或在被调用函数入口修改无条件分支跳转指令，实现函数调用的PC指针二次定位跳转，从而实现新函数模块的调用。

进一步地，基于局部地址指令修复的升级方式，通过修改待升级函数内部的某条或某几条机器指令或数据实现函数升级。

进一步地，所述软件升级信息表和软件升级代码远程加载自服务器，所述服务器内存包括软件动态升级存储区，该区域包括软件升级信息表区和软件代码区。

一种用于电力系统的嵌入式软件远程动态升级系统，包括：

服务器，包括软件动态升级存储区，用于存储软件升级信息表和软件代码；

所述电力系统的待升级设备节点从服务器远程加载软件升级信息表和软件升级代码；当所述设备节点中“空闲”任务运行时(所有系统任务均处于未运行状态时)，根据软件升级信息表进行信息校验，校验正确则执行软件动态升级。

一种电力系统设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现：

远程加载软件升级信息表和软件升级代码；

当所述设备节点中“空闲”任务运行时(所有系统任务均处于未运行状态时)，根据软件升级信息表进行信息校验，校验正确则执行软件动态升级。

本发明的有益效果

1、本发明通过构建内容详实的软件动态信息升级表，提供了软件升级过程的准确地址信息、指令信息、校验信息，确保软件升级安全、可靠，并且可一次实现多种功能模块的升级。

2、本发明支持函数模块替换、局部地址指令修复等多种软件升级方式，具有支持无限次升级的特点，可实现同一函数模块的多次升级，也可实现升级后函数模块的快速恢复。

3、本发明通过建立基于uC/OS-II操作系统“空闲”任务的软件动态升级功能模块调度方式，确保在较高优先级的任务处于非运行状态时实现软件升级，同时在进入软件升级前调用系统函数OS_ENTER_CRITICAL()关闭中断，软件升级后调用系统函数OS_EXIT_CRITICAL()恢复中断使能，避免出现函数升级过程中运行出错。

4、本发明通过远程信息注入方式实现软件动态升级，无需对远程终端进行拆卸，同时软件不会停止运行，避免了因拆卸电力系统远程终端导致系统停止运行所造成的经济损失或可能引起的人员伤亡；软件升级过程安全、可靠，软件升级信息表中的诸多校验信息可避免引起软件错误升级，并且能够实现系统软件除错、故障修复、系统功能扩展，保障了电力系统连续安全稳定运行。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为软件升级主流程图；

图2为信息校验流程图；

图3为软件升级处理流程图；

图4为Crc32校验初始化信息表流程图；

图5为Crc32查表校验计算流程图；

图6为ARM分支指令编码格式；

图7为ARM反汇编程序结构；

图8为函数模块替换示意图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例一

本实施例提供了一种电力系统嵌入式软件远程动态升级方法，包含以下过程：

步骤S1、在计算机系统内存区域开辟一块专用的软件动态升级存储区，该区域由软件升级信息表区和软件代码区两部分组成。

软件升级信息表区用于存放软件升级的关键信息，软件升级功能模块通过检测信息表区的关键信息(表头、表校验、代码校验)用于判断是否需要执行软件升级操作，信息表区检测到正确的表头，并且通过表长度计算到的信息表crc32校验与表中所示的表区crc32校验一致，则认为表区有效，通过表区中的代码长度计算的代码区crc32校验与表中所示的代码区crc32校验一致，则认为代码区有效，二者均有效时可进行软件升级操作。软件代码区用于存放可运行的新功能软件的完整代码，包括代码段、初始化数据段、只读数据段等。

信息表中包含升级校验信息和各分区的升级信息，其中，升级校验信息用于执行软件升级前的校验，校验正确才进行升级，各分区的升级信息记录各升级指令模块的运行位置、条数等信息。结构如表1所示：其中信息表头、表长度、代码长度、表区crc校验、代码区crc校验均可用于验证信息表的正确性和代码区的正确性，信息表分区个数指该信息表中所包含的升级指令模块个数，各分区表内偏移指各分区升级指令在信息表中的起始位置，各分区指令起始地址为待升级软件的首个指令升级地址，各分区指令条数指该分区升级的指令条数，各分区指令指从起始地址开始的升级指令。本例中以图7所示的函数替换为例。

表1.软件动态升级信息表

步骤S2、建立基于uC/OS-II操作系统“空闲”任务的软件动态升级模块，保证在所有优先级较高的任务均处于休眠、等待等非运行状态时实现软件动态升级，软件升级前调用系统函数OS_ENTER_CRITICAL()关闭系统中断，软件升级结束后调用系统函数OS_EXIT_CRITICAL()恢复中断使能状态，避免因高优先级任务或中断服务程序处于运行状态时的升级导致软件错误。

在所有优先级较高的任务均处于休眠、等待等非运行状态时，软件动态升级功能模块通过查询软件升级信息表区中的关键信息，计算信息表的校验信息和代码区的校验信息，校验正确时执行软件动态升级，校验错误时不执行软件升级。软件动态升级功能模块工作流程如图1～图3所示。

如图1所示，软件动态升级步骤为：

(1)判断是否收到升级启动信息，若收到，执行步骤(2)；

(2)调用信息校验处理程序进行信息校验，判断状态字是否正确，若是，系统进入关键状态OS_ENTER_CRITICAL()关闭系统中断，调用软件升级处理程序进行升级；

(3)升级完成后，系统退出关键状态OS_ENTER_CRITICAL()恢复中断使能状态。

其中，如图2所示，信息校验具体步骤为：

(1)查询信息表区表头，判断表头是否正确，若是，执行步骤(2)，若否，置状态字错误，校验结束；

(2)查询信息表长度、代码长度，判断长度是否正确，若是，执行步骤(3)，若否，置状态字错误，校验结束；

(3)计算信息表crc校验字、代码区crc校验字，判断校验字是否正确，若是，置状态字正确，校验结束。

如图3所示，软件升级处理具体步骤为：

(1)查询信息表分区个数n，分区计数初始化i＝0；

(2)查询分区i信息偏移、分区i起始修复地址、分区i修复条数mi；从分区表内偏移起始地址处依次将mi条修复数据填充至i分区起始修复地址往后的m条地址；

(3)分区计数累加i++，重复执行步骤(2)，直至i＝＝n。

步骤S3、建立基于ARM指令编码格式的软件动态升级指令；软件动态升级方式包括，基于函数模块替换的软件升级和基于局部地址指令修复的软件升级；

本例所示基于函数模块替换的升级方式，通过在被调用函数处入口地址添加无条件非链接分支跳转指令Branch实现PC指针二次定位跳转从而实现新函数的调用，由于此时LR寄存器保留的仍为原函数被调用处的返回地址，所以新函数返回时不会出现错误。图6所示为ARM分支跳转指令编码，当’L’位域为’1’时，CPU执行分支跳转指令时将保存返回地址指针到LR寄存器中，否则将不刷新LR寄存器值，条件码位域’cond’为’1110’表示无条件执行。本例中如图7所示的ARM反汇编指令可以看出，每个函数功能模块的入口地址指令均为栈分配指令，将该指令修改为无条件非链接分支跳转指令即可实现函数模块的升级，如图8所示。

步骤S4、通过远程信息注入实现软件升级信息表和软件升级代码的远程加载，将预先生成的软件升级信息表和升级代码传送到电力系统远程终端控制器等待升级软件的嵌入式系统设备节点。

远程设备节点通过“空闲”任务中软件动态升级功能模块检测到有效的软件升级信息表后，执行软件升级，将图7～图8所示的函数模块sub中的首条指令替换为无条件非链接分支跳转指令，将PC重新定位到sub2入口地址，当sub函数再次被调用时将实现sub2的跳转运行，实现sub函数到sub2函数的动态升级，同时由于LR寄存器的值未更新，sub2执行完成后将不会出现返回错误，PC返回到调用sub函数处的后一条指令执行。

实施例二

本实施例的目的是基于实施例一的方法实施例提供一种系统。

为了实现上述目的，本实施例提供了一种用于电力系统的嵌入式软件远程动态升级系统，包括：

服务器，包括软件动态升级存储区，用于存储软件升级信息表和软件代码；

所述电力系统的待升级设备节点从服务器远程加载软件升级信息表和软件升级代码；当所述设备节点中“空闲”任务运行时(所有系统任务均处于未运行状态时)，根据软件升级信息表进行信息校验，校验正确则执行软件动态升级。

实施例三

本实施例的目的是提供一种能够进行远程软件升级的电力系统设备。

为了实现上述目的，本实施例提供了一种电力系统设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现：

远程加载软件升级信息表和软件升级代码；

当所述设备节点中“空闲”任务运行时(所有系统任务均处于未运行状态时)，根据软件升级信息表进行信息校验，校验正确则执行软件动态升级。

以上实施例二和三中涉及的各步骤与方法实施例一相对应，具体实施方式可参见实施例一的相关说明部分。术语“计算机可读存储介质”应该理解为包括一个或多个指令集的单个介质或多个介质；还应当被理解为包括任何介质，所述任何介质能够存储、编码或承载用于由处理器执行的指令集并使处理器执行本发明中的任一方法。

本发明的有益效果

1、本发明通过构建内容详实的软件动态信息升级表，提供了软件升级过程的准确地址信息、指令信息、校验信息，确保软件升级安全、可靠，并且可一次实现多种功能模块的升级。

2、本发明支持函数模块替换、局部地址指令修复等多种软件升级方式，具有支持无限次升级的特点，可实现同一函数模块的多次升级，也可实现升级后函数模块的快速恢复。

3、本发明通过建立基于uC/OS-II操作系统“空闲”任务的软件动态升级功能模块调度方式，确保在较高优先级的任务处于非运行状态时实现软件升级，同时在进入软件升级前调用系统函数OS_ENTER_CRITICAL()关闭中断，软件升级后调用系统函数OS_EXIT_CRITICAL()恢复中断使能，避免出现函数升级过程中运行出错。

4、本发明通过远程信息注入方式实现软件动态升级，无需对远程终端进行拆卸，同时软件不会停止运行，避免了因拆卸电力系统远程终端导致系统停止运行所造成的经济损失或可能引起的人员伤亡；软件升级过程安全、可靠，软件升级信息表中的诸多校验信息可避免引起软件错误升级。

本领域技术人员应该明白，上述本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算机装置来实现，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。本发明不限制于任何特定的硬件和软件的结合。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (9)

1.一种电力系统嵌入式软件远程动态升级方法，其特征在于，包括以下步骤：

将软件升级信息表和软件升级代码远程加载到电力系统待升级设备节点；

当所述设备节点中所有较高优先级任务均未处于运行状态时，uC/OS-II操作系统启动空闲任务处于运行状态，根据软件升级信息表进行信息校验，校验正确则执行软件动态升级；执行软件动态升级前，通过OS_ENTER_CRITICAL()关闭系统中断，升级完成后进行恢复。

2.如权利要求1所述的电力系统嵌入式软件远程动态升级方法，其特征在于，所述软件升级信息表包括信息表头、表长度、代码长度、表区crc校验、代码区crc校验、信息表分区个数、各分区表内偏移、各分区指令起始地址、各分区指令条数和各分区指令。

3.如权利要求2所述的电力系统嵌入式软件远程动态升级方法，其特征在于，所述信息校验包括：

根据软件升级信息表，依次判断表头、表长度和代码长度、以及表区crc校验字和代码区crc校验字是否正确，以上信息均正确则校验正确。

4.如权利要求3所述的电力系统嵌入式软件远程动态升级方法，其特征在于，软件升级处理具体步骤为：

根据软件升级信息表查询各分区的信息偏移、起始修复地址和修复数据条数；

对于每个分区，从偏移起始地址处依次将各条修复数据填充至起始修复地址。

5.如权利要求1所述的电力系统嵌入式软件远程动态升级方法，其特征在于，所述软件动态升级方式包括：基于函数模块替换的软件升级和基于局部地址指令修复的软件升级。

6.如权利要求5所述的电力系统嵌入式软件远程动态升级方法，其特征在于，基于函数模块替换的升级，是通过修改函数被调用处的分支跳转指令或在被调用函数入口修改无条件分支跳转指令，实现函数调用的PC指针二次定位跳转；或

基于局部地址指令修复的升级方式，通过修改待升级函数内部的某条或某几条机器指令或数据实现函数升级。

7.如权利要求1所述的电力系统嵌入式软件远程动态升级方法，其特征在于，所述软件升级信息表和软件升级代码远程加载自服务器，所述服务器内存包括软件动态升级存储区，该区域包括软件升级信息表区和软件代码区。

8.一种电力系统嵌入式软件远程动态升级系统，其特征在于，包括：

服务器，包括软件动态升级存储区，用于存储软件升级信息表和软件代码；

所述电力系统的待升级设备节点从服务器远程加载软件升级信息表和软件升级代码；当所述设备节点中所有较高优先级任务均未处于运行状态时，uC/OS-II操作系统启动空闲任务处于运行状态，根据软件升级信息表进行信息校验，校验正确则执行软件动态升级；执行软件动态升级前，通过OS_ENTER_CRITICAL()关闭系统中断，升级完成后进行恢复。

9.一种电力系统设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现：

远程加载软件升级信息表和软件升级代码；

当所述设备节点中所有较高优先级任务均未处于运行状态时，uC/OS-II操作系统启动空闲任务处于运行状态，根据软件升级信息表进行信息校验，校验正确则执行软件动态升级；执行软件动态升级前，通过OS_ENTER_CRITICAL()关闭系统中断，升级完成后进行恢复。

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