CN109634643A - 人防指挥所的三防自动化设备固件升级系统 - Google Patents

人防指挥所的三防自动化设备固件升级系统 Download PDF

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Abstract

一种人防指挥所的三防自动化设备固件升级系统，于自动控制应用程序升级技术领域。包括：三防自动化系统的LON总线设备、三防自动化系统的高速网关、三防自动化系统的无线传感器；三防自动化系统的LON总线设备通过异步串口与Linux系统服务通讯，完成数据和控制命令的上传下载。三防自动化系统的高速网关连接至Linux系统服务的LAN接口，通过以太网完成数据和控制命令的上传下载。三防自动化系统的无线传感器通过ISP与Linux系统服务通讯，完成数据和控制命令的上传下载。Linux系统服务串口在软件上为LON和无线设备复用，设备通过两条握手请求地址线区分数据来源通道。固件升级通过Linux系统服务和更新设备的BOOT程序配合完成。实现了固件升级的及时性和简便性。

Description

人防指挥所的三防自动化设备固件升级系统
技术领域
本发明属于自动控制应用程序升级技术领域，特别是提供了一种人防指挥所的三防自动化设备固件升级系统。
具体是针对人防指挥所的三防自动化系统固件升级。
背景技术
人防指挥所是重要的准军事部门，其作用是在发生战争时为重要的机关提供指挥保障通信服务。为保证指挥所内的指挥人员生命安全，指挥所设置三防自动化系统用来对地下空间的通风、温度、湿度、有毒气体进行检测，在有异常情况发生时报警并启动保护措施。
依据相关国家标准，三防指挥自动化系统是一个分布式的远程监控系统，由Lonworks总线、以太网总线和无线传感器网络三部分组成。在目前的情况下，对这三种设备的升级要采取不同的方法，Lonworks总线的设备固件升级由专用的LON设备和LonMaker软件完成；以太网高速网关其软件升级可借助其操作系统内部的TFTP服务完成。无线传感器节点只能通过专用工具提供的IAP功能完成。
当前人防指挥所的设备升级工作主要困难有：(1)人防设施的拆装设备均须相关部门审核报批，设备的更新无法及时完成；(2)无线传感器数量众多，逐个升级软件工作量大，维护繁琐；(3)传统的软件更新需停止监控系统的运行，造成生产中断。人防所的各种设备安全等级较高，如不及时更新固件，会造成无法兼容新增通信协议、为监控系统更新补丁，严重时会造成泄密或被恶意攻击等事故，为保证人防所的设备的安全性，当前固件升级手段需要进行改进。采用本系统服务进行固件升级有益之处在于：屏蔽了众多三防自动化设备的接口差异，对用户而言，采用统一的以太网升级接口更加简便高效，同时还提供了固件的临时存储和备份功能，同时在设备和用户请求之间起到了缓冲作用，能有效的防止恶意代码的攻击。因此，本发明针对人防指挥所的三防自动化设备的具体固件空中升级环节，提供合适的固件升级系统，并形成一套完整的三防自动化设备固件升级的系统，该装置不仅能解决了传统固件升级过程的周期较长和所需工作量较大的问题，而且还实现了实时在线升级，无需再停止当前监控系统的运行。
发明内容
本发明的目的在于提供一种人防指挥所的三防自动化设备固件升级系统，实现了固件升级的及时性和简便性。采用先进的网络检测技术对固件更新的请求进行实时监测，获取固件更新请求的数据和控制命令。利用Linux系统服务对数据和控制命令进行处理，并对接受到的数据的完整性和正确性进行校验，如校验成功则进行后续操作，以完成设备的固件升级。
根据使用总线类型的不同，可将人防所的自控设备分类三类，LON总线设备、以太网设备和无线传感器设备。
本发明包括：三防自动化系统的LON总线设备、三防自动化系统的高速网关、三防自动化系统的无线传感器；三防自动化系统的LON总线设备通过异步串口与Linux系统服务通讯，完成数据和控制命令的上传下载。三防自动化系统的高速网关连接至Linux系统服务的LAN接口，通过以太网完成数据和控制命令的上传下载。三防自动化系统的无线传感器通过ISP与Linux系统服务通讯，完成数据和控制命令的上传下载。Linux系统服务串口在软件上为LON和无线设备复用，设备通过两条握手请求地址线区分数据来源通道。通过Linux系统服务，三防自动化设备的固件升级接口为WAN或WIFI，实现了接口的统一。固件升级工作通过Linux系统服务和更新设备的BOOT程序配合完成。
第一部分，LON设备固件升级过程
在LON设备中，用于与Linux系统服务通讯升级的软件为OpenLDV，其作用是作为服务器软件接收Linux系统服务发送的固件二进制流，并烧写至目标存储器。在LON设备上运行的程序称为用户功能固件，由用户开发自定义的功能并可升级改写。在所述的LON设备中更新固件步骤包括：
(1)请求的监测，WIFI或WAN口的OTA程序对更新固件的请求进行实时监测。
(2)请求的检查，Linux系统服务(8)对WIFI或WAN口的OTA程序传来的请求检查其合法性和版本号。
(3)镜像文件的接受，OTA以YMODEM协议开始接收固件镜像文件，同时校验数据流以确保镜像文件大小未超出存储空间。
(4)接收过程的检测，如检测到镜像文件接受的过程出错，则取消此次数据的传输，并删除已接收的文件，之后重启Linux系统服务的OTA程序重新监听请求。
(5)镜像文件的校验，对于成功接受的镜像文件再次校验，如正确无误，则启动OpenLDV客户端程序，并打开串口，设置串口参数。
(6)固件升级，停止运行用户程序，并将数据从设备的FLASH存储区中清除，同时按指定的区域进行擦写完成系统固件升级。
(7)数据正确完整性校验，校验接收的数据是否正确完整，检验失败，则发送重启客户端的更新固件请求命令，最多重试3次。如3次仍失败后，停止更新，等待Linux系统服务处理。如校验成功，则重启已更新完毕的Lon设备。
第二部分，高速网关固件升级过程
高速网关的升级借助于网关内置的TFTP系统服务器，通过在TFTP中上传新版本的系统二进制镜像，重启后替换当前的系统固件实现固件的更新。
在所述的高速网关中更新固件步骤包括：
(1)请求的监测，WIFI或WAN口的OTA程序对更新固件的请求进行实时监测。
(2)请求的检查，Linux系统服务(8)对WIFI或WAN口的OTA程序传来的请求检查其合法性和版本号。
(3)镜像文件的接受，OTA以YMODEM协议开始接收固件镜像文件，同时校验数据流以确保镜像文件大小未超出存储空间。
(4)接收过程的检测，网关的TFTP服务已经内置了校验、重传、存储等功能，如检测到镜像文件接受的过程出错，则取消此次数据的传输，并删除已接收的文件，之后重启Linux系统服务的OTA程序重新监听请求。
(5)固件的升级，操作系统发出中断当前线程的命令，停止当前正在运行的固件程序，删除版本的固件程序，并重新启动新线程，完成网关固件程序的升级。
第三部分，无线传感器固件升级过程
无线传感器在更新时，先通过串口接收要更新的固件，再通过ISP接口下载到无线传感器的系统存储器中。
在所述的无线传感器设备的固件更新步骤包括：
(1)请求的监测，WIFI或WAN口的OTA程序对更新固件的请求进行实时监测。
(2)请求的检查，Linux系统服务(8)对WIFI或WAN口的OTA程序传来的请求检查其合法性和版本号。
(3)镜像文件的接受，OTA以YMODEM协议开始接收固件镜像文件，同时校验数据流以确保镜像文件大小未超出存储空间。
(4)镜像文件的校验，对于成功接受的镜像文件再次校验，如正确无误，则启动ISP烧写程序；
(5)固件的升级，无线传感器设备通过ISP接口将Linux系统服务的二进制固件数据烧写至其内部的Flash存储器。
(6)数据正确完整性校验，校验其固件数据是否完整有效，无线传感器设备校验成功后，复位整个设备并运行更新后的固件程序。
附图说明
图1是提供固件升级服务的Linux系统图。其中，Linux系统服务8由WIFI接口1，以太网接口2，Unix通用服务接口3-7，Linux内核，USB接口9，GPIO数字接口10，UART异步串口11。
图2是本发明的升级硬件系统结构图，其中，LON总线设备12，高速网关13，无线传感器14。
图3为LON设备固件升级过程图。
图4为网关固件升级过程。
图5为无线传感器固件程序升级图。
通过WIFI或WAN口的OTA程序检测固件升级请求，并由Linux系统服务8检测请求的合法性并处理请求的数据和控制命令，同时校验数据的完整有效性，以指导后续LON设备固件程序、网关固件程序、无线传感器固件程序的升级。
具体实施方式
本发明提供了一种三防自动化设备固件升级系统，为使本发明的目的、技术方案及作用效果更加准确清楚，以下部分将对比附图做进一步的分析和说明。本发明提供了一种OTA(Over the air)的三防自动化设备固件升级系统，由于三防设备本身不具备网络升级接口，本发明提出采用嵌入式系统Linux系统服务作为固件升级的中间件，为设备提供统一的升级服务。
Linux系统服务的结构如图1所示。系统由硬件和软件两部分构成。硬件接口主要有：WIFI接口，以太网接口，以太网交换接口，USB接口，通用串口，通用数字接口等。软件包括底层OS软件和应用服务软件两部分，OS软件采用自定义精简的Linux内核，服务软件有SSH，TFTP，httpd等。串口通信程序采用了Processing运行库，用于启动Linux系统服务的CURL命令。以太网更新使用TFTP服务器，服务器端口为23，传输方式为二进制流模式。无线传感器的固件更新使用ISP接口，接口共占用5根时序线，分别是ID，SS，SCK，MISO，MOSI，ISP接口软件通讯采自定义的形式，运行脚本为python2.7。为操作简单，Linux系统服务提供了一个http服务器，接口为CGI，命令服务为LUCI,可实现浏览器参数的输入输出。三防自动化设备与Linux系统服务连接更新的硬件结构如图2所示。
对于Lon设备，Lon总线通过UART与Linux系统服务实现数据交互。Lon设备为数据的从站，Linux系统服务为设备的主站。Linux系统服务与Lon设备之间，设置了一条ID识别线，当主站要进行固件更新时，主站就将ID线拉为低电平，Lon设备检测到低电平时，就会启动固件升级服务。当更新完成后，主站将此信号线重新拉高，此时Lon设备运行正常的任务程序。
Linux系统服务与网关之间采用以太网连接，全双工100M数据通信，数据控制流由FTP服务软件确定。
Linux系统服务与无线传感器设备之间采用ISP接口进行数据通信，Linux系统服务为ISP的发起方，无线传感器设备为ISP接收方，数据通信为双向全工。Linux系统服务采用GPIO模拟时序与无线传感器设备通信。Linux系统服务与无线传感器设备之间，设置了一条ID识别线，当Linux系统服务要进行固件更新时，Linux系统服务就将ID线拉为低电平，无线传感器设备检测到低电平时，就会启动固件升级服务。当更新完成后，主站将此信号线重新拉高，此时无线传感器设备运行正常的任务程序。
LON设备更新固件的主要步骤如图3所示
(1)请求的监测，WIFI或WAN口的OTA程序对更新固件的请求进行实时监测。
(2)请求的检查，Linux系统服务(8)对WIFI或WAN口的OTA程序传来的请求检查其合法性和版本号。
(3)镜像文件的接受，OTA以YMODEM协议开始接收固件镜像文件，同时校验数据流以确保镜像文件大小未超出存储空间。
(4)接收过程的检测，如检测到镜像文件接受的过程出错，则取消此次数据的传输，并删除已接收的文件，之后重启Linux系统服务的OTA程序重新监听请求。
(5)镜像文件的校验，对于成功接受的镜像文件再次校验，如正确无误，则启动OpenLDV客户端程序，并打开串口，设置串口参数。
(6)固件升级，停止运行用户程序，并将数据从设备的FLASH存储区中清除，同时按指定的区域进行擦写完成系统固件升级。
(7)数据正确完整性校验，校验接收的数据是否正确完整，检验失败，则发送重启客户端的更新固件请求命令，最多重试3次。如3次仍失败后，停止更新，等待Linux系统服务处理。如校验成功，则重启已更新完毕的Lon设备。
网关更新固件的主要步骤如图4所示
(1)请求的监测，WIFI或WAN口的OTA程序对更新固件的请求进行实时监测。
(2)请求的检查，Linux系统服务(8)对WIFI或WAN口的OTA程序传来的请求检查其合法性和版本号。
(3)镜像文件的接受，OTA以YMODEM协议开始接收固件镜像文件，同时校验数据流以确保镜像文件大小未超出存储空间。
(4)接收过程的检测，网关的TFTP服务已经内置了校验、重传、存储等功能，如检测到镜像文件接受的过程出错，则取消此次数据的传输，并删除已接收的文件，之后重启Linux系统服务的OTA程序重新监听请求。
(5)固件的升级，操作系统发出中断当前线程的命令，停止当前正在运行的固件程序，删除版本的固件程序，并重新启动新线程，完成网关固件程序的升级
无线传感器更新固件的主要步骤如图5所示
(1)请求的监测，WIFI或WAN口的OTA程序对更新固件的请求进行实时监测。
(2)请求的检查，Linux系统服务(8)对WIFI或WAN口的OTA程序传来的请求检查其合法性和版本号。
(3)镜像文件的接受，OTA以YMODEM协议开始接收固件镜像文件，同时校验数据流以确保镜像文件大小未超出存储空间。
(4)镜像文件的校验，对于成功接受的镜像文件再次校验，如正确无误，则启动ISP烧写程序；
(5)固件的升级，无线传感器设备通过ISP接口将Linux系统服务的二进制固件数据烧写至其内部的Flash存储器。
数据正确完整性校验，校验其固件数据是否完整有效，无线传感器设备校验成功后，复位整个设备并运行更新后的固件程序。

Claims (4)

1.一种人防指挥所的三防自动化设备固件升级系统，其特征在于，包括：三防自动化系统的LON总线设备、三防自动化系统的高速网关、三防自动化系统的无线传感器；三防自动化系统的LON总线设备通过异步串口与Linux系统服务通讯，完成数据和控制命令的上传下载；三防自动化系统的高速网关连接至Linux系统服务的LAN接口，通过以太网完成数据和控制命令的上传下载；三防自动化系统的无线传感器通过ISP与Linux系统服务通讯，完成数据和控制命令的上传下载；Linux系统服务串口在软件上为LON和无线设备复用，设备通过两条握手请求地址线区分数据来源通道；；通过Linux系统服务，三防自动化设备的固件升级接口为WAN或WIFI，实现了接口的统一；固件升级工作通过Linux系统服务和更新设备的BOOT程序配合完成。
2.根据权利要求1所述的固件升级系统，其特征在于，
LON设备固件升级过程
在LON设备中，用于与Linux系统服务通讯升级的软件为OpenLDV，其作用是作为服务器软件接收Linux系统服务发送的固件二进制流，并烧写至目标存储器；在LON设备上运行的程序称为用户功能固件，由用户开发自定义的功能并升级改写；在所述的LON设备中更新固件步骤包括：
(1)请求的监测，WIFI或WAN口的OTA程序对更新固件的请求进行实时监测；
(2)请求的检查，Linux系统服务(8)对WIFI或WAN口的OTA程序传来的请求检查其合法性和版本号；
(3)镜像文件的接受，OTA以YMODEM协议开始接收固件镜像文件，同时校验数据流以确保镜像文件大小未超出存储空间；
(4)接收过程的检测，如检测到镜像文件接受的过程出错，则取消此次数据的传输，并删除已接收的文件，之后重启Linux系统服务的OTA程序重新监听请求；
(5)镜像文件的校验，对于成功接受的镜像文件再次校验，当正确无误，则启动OpenLDV客户端程序，并打开串口，设置串口参数；
(6)固件升级，停止运行用户程序，并将数据从设备的FLASH存储区中清除，同时按指定的区域进行擦写完成系统固件升级；
(7)数据正确完整性校验，校验接收的数据是否正确完整，检验失败，则发送重启客户端的更新固件请求命令，最多重试3次；当3次仍失败后，停止更新，等待Linux系统服务处理；当校验成功，则重启已更新完毕的Lon设备。
3.根据权利要求1所述的固件升级系统，其特征在于，
高速网关固件升级
高速网关的升级借助于网关内置的TFTP系统服务器，通过在TFTP中上传新版本的系统二进制镜像，重启后替换当前的系统固件实现固件的更新；在高速网关中更新固件步骤包括：
(1)请求的监测，WIFI或WAN口的OTA程序对更新固件的请求进行实时监测；
(2)请求的检查，Linux系统服务(8)对WIFI或WAN口的OTA程序传来的请求检查其合法性和版本号；
(3)镜像文件的接受，OTA以YMODEM协议开始接收固件镜像文件，同时校验数据流以确保镜像文件大小未超出存储空间；
(4)接收过程的检测，网关的TFTP服务已经内置了校验、重传、存储等功能，如检测到镜像文件接受的过程出错，则取消此次数据的传输，并删除已接收的文件，之后重启Linux系统服务的OTA程序重新监听请求；
(5)固件的升级，操作系统发出中断当前线程的命令，停止当前正在运行的固件程序，删除版本的固件程序，并重新启动新线程，完成网关固件程序的升级。
4.根据权利要求1所述的固件升级系统，其特征在于，
无线传感器固件升级
无线传感器在更新时，先通过串口接收要更新的固件，再通过ISP接口下载到无线传感器的系统存储器中；在无线传感器设备的固件更新步骤包括：
(1)请求的监测，WIFI或WAN口的OTA程序对更新固件的请求进行实时监测；
(2)请求的检查，Linux系统服务(8)对WIFI或WAN口的OTA程序传来的请求检查其合法性和版本号；
(3)镜像文件的接受，OTA以YMODEM协议开始接收固件镜像文件，同时校验数据流以确保镜像文件大小未超出存储空间；
(4)镜像文件的校验，对于成功接受的镜像文件再次校验，如正确无误，则启动ISP烧写程序；
(5)固件的升级，无线传感器设备通过ISP接口将Linux系统服务的二进制固件数据烧写至其内部的Flash存储器；
(6)数据正确完整性校验，校验其固件数据是否完整有效，无线传感器设备校验成功后，复位整个设备并运行更新后的固件程序。
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