CN109656605A - 一种vpx架构下的多处理器固件在线互更新方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种VPX架构下的多处理器固件在线互更新方法，所述方法包括如下步骤：S1：上位机通过以太网接口与MCU单元的以太网接口相连，MCU单元包括MCU1和MCU2，MCU1和MCU2之间通过USART接口相连；S2：在系统通电后，上位机通过TFTP软件发送固件更新请求和固件镜像文件到MCU单元中的更新模块MCU1中；S3：MCU1进行命令解析和镜像完整性校验后，设置待更新模块MCU2的BOOT0为高电平，设置BOOT1接地，使MCU2芯片进入引导程序ISP状态，等待USART接口的命令；S4：MCU1控制MCU2复位，建立UART接口间通信，MCU2执行flash擦除过程，接受固件镜像文件并烧写到flash中；S5：烧写完毕后设置数据读保护，并将结果反馈给MCU1；MCU1判断烧写成功后，控制MCU2重启；S6：MCU1反馈更新版结果给上位机，更新固件操作完闭。
Description
技术领域
本发明涉及处理器固件更新领域，具体地说是一种VPX架构下的多处理器固件在线互更新方法。
背景技术
电脑系统中是由微处理器来执行运算处理，微处理器通常会先执行储存于储存设备(例如：ROM)中的程序以作为中介程序或驱动程序，以作为微处理器与外界沟通的桥梁。储存于储存设备的程序一般又称的为固件，如果固件是为错误，其结果将造成微处理器无法运作，辛好，在使用者正常地使用下，固件是由制造商所决定，且都是完整可执行的。在一般低阶的系统(如：嵌入式系统)中，通常会使用功能较简单且成本较低的产品，且此类产品一般不需要具有在线更新的功能。例如，系统中用来控制显示灯号或表示其它状态的微处理器，因为其功能较简单，所以其中的固件(firmware)大多都已在生产时便确定，而不具有在线更新的功能。
然而，如果当微处理器中的固件产生错误或要更新固件时，则需要将微处理器送回原厂重新烧录，因而造成使用者的不便和负担。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对VPX系统中多MCU单元固件同时更新而言，传统的固件更新方法，带来了诸如操作步骤繁琐，需要专业的软硬件支持、较高的专业知识水平，导致固件的更新效率及使用的便利性大大降低，目的在于提供一种VPX架构下的多处理器固件在线互更新方法，解决上述的问题。
本发明通过下述技术方案实现：
一种VPX架构下的多处理器固件在线互更新方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：S1：上位机通过以太网接口与MCU单元的以太网接口相连，MCU单元包括MCU1和MCU2，MCU1和MCU2之间通过USART接口相连；S2：在系统通电后，上位机通过TFTP软件发送固件更新请求和固件镜像文件到MCU单元中的更新模块MCU1中；S3：MCU1进行命令解析和镜像完整性校验后，设置待更新模块MCU2的BOOT0为高电平，设置BOOT1接地，使MCU2芯片进入引导程序ISP状态，等待USART接口的命令；S4：MCU1控制MCU2复位，建立UART接口间通信，MCU2执行flash擦除过程，接受固件镜像文件并烧写到flash中；S5：烧写完毕后设置数据读保护，并将结果反馈给MCU1；MCU1判断烧写成功后，控制MCU2重启；S6：MCU1反馈更新版结果给上位机，更新固件操作完闭。
在嵌入式开发领域，芯片固件更新是软件开发调试的必备过程，现有的单片机固件更新方法主要有以下几种：
1)把单片机从电路上取下放到专门的烧写器上，如早期的AT8951C系列和龙芯的E2PROM等，需要专门的烧写器和通用编程软件。
2)通过串口、can等接口,使用ISP技术的专用软件如ProgISP/STC-ISP等软件。如AT89S51系列单片机下载程序时，计算机端使用ProgISP/STC-ISP等软件与串口配合来下载。
3)通过专用下载接口JTAG+仿真器+集成开发环境以及下载软件配合完成对单片机烧写。如G232系列微处理器使用JTAG接口和ARM仿真器(专用下载线)配合，并需要安装Jlink下载软件以及Keil或IAR集成开发环境。
4)自定义bootloader，利用IAP技术，编写特定的bootloader，通过串口、CAN、USB等接口配合进行固件更新。
而在VPX架构的系统中，通常具有两个以上的MCU单元，在进行固件升级时，将芯片拆卸下载更新固件的方法不太现实。通常采用上述方法2或方法3完成固件更新。可是各MCU单元可能是不同的型号，来自不同的厂商，存在引导程序不同、使用的ISP软件不同或不具备专用下载接口如JTAG口的情况。而在某些室外环境中，更新固件面临着连线困难、不具备升级软件等一系列困难。因此传统的固件更新方法在用户使用时会极大地增加人工、时间等成本，可靠性和安全性得不到保障。
为解决上述问题，本专利公开一种VPX架构下的多MCU单元固件在线更新方法，通过以太网tftp传输文件，利用处理器芯片自带bootloader以及串口ISP更新固件功能，无需编写专用的bootloader及flash操作程序，很好的解决了VPX系统中多个MCU单元固件更新的问题，同时也能扩展到其他多节点系统固件同时更新的应用场合，具备很强的实用性和可靠性。
进一步地，所述步骤S3中的ISP更新过程为：S31：确定BOOT0，BOOT1引脚的状态，配置待更新模块的BOOT0处于高电平状态，BOOT1处于低电平状态，待烧写模块的TX、RX、VCC、GND连接到gd32的usart0；S32：然后在RST脚上产生一个负脉冲，GD32进入ISP状态，在复位操作后的第4个上升沿以后，等待发送指令和数据；S33：复位后，ISP程序已经处于接受连接的状态,设置串口波特率、校验位、数据位、停止位、然后发送一个信号指令，等待GD32回复，GD32的ISP程序利用这个信号指令来测试波特率，如果收到了确认反馈信号，则进入下一步操作，否则，必须检测BOOT0、BOOT1引脚，并重新复位GD32；S34：发送一个双字节命令让芯片执行擦除动作，全片擦除之后,开始烧录程序。
进一步地，上位机可将固件镜像文件发送至MCU2中，通过MCU2向MCU1进行更新。
进一步地，所述上位机与MCU单元的以太网接口能够进行扩展，扩展后的传输接口支持CAN、RS485、USB进行数据传输。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明使用处理器芯片自带bootloader以及串口ISP更新固件功能，无需编写专用的bootloader及flash操作程序，开发难度低，周期短；
2、更新过程经过多次固件数据正确性和完整性校验，提高更新的可靠性；
3、通过以太网传输固件文件，以太网报文中的IP地址和设备ID区分能对各MCU单元进行区分，可实现VPX系统内的多MCU更新，并能扩展到其他多节点系统的固件远程更新应用中；
4、解决了传统固件更新方法中的芯片拆卸、需要专用的软件和调试接口等用户便利性低和开发效率低的问题；
5、操作简单，只需简单的上位机tftp文件发送操作；
6、传输接口可扩展为CAN、RS485、USB等，可移植性强。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为实施例硬件框图。
图2为固件更新硬件连接示意图。
图3为ISP固件更新过程图。
图4为MCU单元互更新流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例
如图1～4所示，本发明一种VPX架构下的多处理器固件在线互更新方法，所述方法包括如下步骤：S1：上位机通过以太网接口与MCU单元的以太网接口相连，MCU单元包括MCU1和MCU2，MCU1和MCU2之间通过USART接口相连；S2：在系统通电后，上位机通过TFTP软件发送固件更新请求和固件镜像文件到MCU单元中的更新模块MCU1中；S3：MCU1进行命令解析和镜像完整性校验后，设置待更新模块MCU2的BOOT0为高电平，设置BOOT1接地，使MCU2芯片进入引导程序ISP状态，等待USART接口的命令；S4：MCU1控制MCU2复位，建立UART接口间通信，MCU2执行flash擦除过程，接受固件镜像文件并烧写到flash中；S5：烧写完毕后设置数据读保护，并将结果反馈给MCU1；MCU1判断烧写成功后，MCU2重启；S6：MCU1反馈更新版结果给上位机，更新固件操作完闭。
本方法的实施实例中，MCU单元采用兆易创新国产微处理器GD32F207RG，以系统中单板上的两颗MCU单元为例，其硬件框图见图1，详细描述本方法的具体实施过程。GD32F20x处理器系列提供3种启动(Boot)方式，可通过BOOT1和BOOT0引脚进行配置。用户可以设置BOOT1和BOOT0引脚后，进行上电复位或系统复位操作。在复位操作后的第4个上升沿，BOOT引脚将被锁存，从而确定启动选项。进行上电复位或系统复位后CortexTM-M3从地址0x0000 0000取指为栈顶值，从地址0x0000 0004取指为启动代码的基地址，之后执行启动代码。Flash启动的起始地址是0x0800 0000，使用NVIC异常表和偏移寄存器对中断向量表进行重定位。GD32F20x芯片支持嵌入式引导程序通过多种接口方式来更新Flash。可以有1或2个USART端口和标准USB端口用于GD32F205xx和GD32F207xx互联型产，GD32F20x系列产品中Bootloader通过USART0与外界交互，因此本发明采用上位机通过以太网接口与某MCU单元以太网接口相连，两MCU单元间通过USART接口相连，实现MCU单元固件互更新操作。其硬件连接示意图如图2所示。
1)利用芯片引导程序的ISP与串口配合更新固件的方法，其过程如下：引脚配置确定BOOT0,BOOT1引脚的状态，配置待更新模块的BOOT0处于高电平状态(3.3V),BOOT1处于低电平状态(接地),待烧写模块的TX、RX、VCC、GND连接到gd32的usart0。
2)芯片复位然后在RST脚上产生一个负脉冲,GD32进入ISP状态，在复位操作后的第4个上升沿以后，等待发送指令和数据。
3)芯片通信接口连接复位后，ISP程序已经处于接受连接的状态,设置串口波特率,校验位，数据位，停止位，然后发送一个0x7f,等待GD32回复。GD32的ISP程序利用这个0x7f来测试波特率,如果收到了0X79,表示连接成功了,可以进入下一步操作；否则,必须检测BOOT0,BOOT1引脚,并重新复位GD32。
4)读取ID版本号发送0x020xFD.命令发送之后,需要等待GD32的ISP程序回复,如果接收到0x79,读取成功。
5)擦除芯片发送一个双字节命令0x44+0xBB,让芯片执行擦除动作,等待回复0x79,然后再发送0xFFFF+0x00命令,让芯片执行全片擦除.如果接收到0x79,芯片擦除成功。
6)烧录程序全片擦除之后,开始烧录程序；发送双字节指令0x31、0xCE，收到回复0x79,则继续用多字节命令(5个字节)发送一个32位的地址,此地址就是等待写入数据的地址,注意4个字节对齐.收到回复0x79之后,开始发送N个字节数据了(即镜像文件数据，N最大为256).重复上述过程,直到把镜像文件发送出去。
7)读锁定烧录完毕之后,为了防止程序被读出,可以设置读保护.发送双字节命令0x82,～0x82,先行回复0x79,再等待一次0x79,回复成功之后,芯片读保护成功。至此，芯片固件ISP更新过程完毕。其工作流程图如图3所示。
(1)本发明提供的一种VPX架构下的多MCU固件互更新方法，以升级主控板MCU2固件为例，设置MCU1为更新模块，MCU2为被更新模块。其具体实施过程如下：准备工作：上位机通过以太网接口与某MCU单元以太网接口相连，两MCU单元间通过USART接口相连(内部连线)；
(2)系统上电，各模块启动；
(3)建立tftp连接：上位机通过TFTP软件发送固件更新请求和固件镜像文件到更新模块(MCU1)；
(4)MCU1进行命令解析和镜像完整性校验后，设置待更新模块MCU2的BOOT0为高电平，设置BOOT1接地，使MCU2芯片进入引导程序ISP状态，等待USART接口的命令；
(5)MCU1控制MCU2复位，建立UART接口间通信；
(6)MCU2执行flash擦除过程，接受固件镜像文件并烧写到flash中(详见ISP固件更新过程)；
(7)烧写完毕后设置数据读保护，并将结果反馈给MCU1；MCU1判断烧写成功后，控制MCU2重启；
(8)MCU1反馈更新版结果给上位机，更新固件操作完闭。
若为升级主控板MCU1，则仅需将网线连接切换到MCU2以太网接口上，确保待更新镜像为MCU1的固件即可，其他步骤不变。MCU2不支持以太网时，MCU1接收到tftp发送的更新请求和镜像文件后，将更新请求和镜像文件直接转发给MCU2，再通过MCU2控制MCU1引脚以及复位等操作，其他流程不变。
该方法不仅实现该VPX系统中单板上的两颗MCU单元固件互相更新，也能实现到整个系统的固件更新。
若为升级系统中其他功能板卡的某MCU单元，网络连接到主控板MCU1上，因主控板具备交换机功能，建立tftp连接时只需通过板卡IP地址区分板卡即可完成命令和数据包与功能板卡MCU1的传输，其他步骤不变。也可将功能板卡MCU1以太网接口直接与上位机以太网接口互联完成固件更新。
整个更新过程通过一个MCU单元对另一个MCU单元进行固件更新，利用GD32处理器ISP和串口更新固件的方法，不需重新编写BootLoader程序和flash擦除烧写程序，不需要专用的ISP软件，各MCU单元间能相互更新，上位机通过以太网tftp传输镜像文件，传输接口通用，传输过程稳定可靠。
所述步骤S3中的ISP更新过程为：S31：确定BOOT0，BOOT1引脚的状态，配置待更新模块的BOOT0处于高电平状态，BOOT1处于低电平状态，待烧写模块的TX、RX、VCC、GND连接到gd32的usart0；S32：然后在RST脚上产生一个负脉冲，GD32进入ISP状态，在复位操作后的第4个上升沿以后，等待发送指令和数据；S33：复位后，ISP程序已经处于接受连接的状态,设置串口波特率、校验位、数据位、停止位、然后发送一个信号指令，等待GD32回复，GD32的ISP程序利用这个信号指令来测试波特率，如果收到了确认反馈信号，则进入下一步操作，否则，必须检测BOOT0、BOOT1引脚，并重新复位GD32；S34：发送一个双字节命令让芯片执行擦除动作，全片擦除之后,开始烧录程序。
上位机可将固件镜像文件发送至MCU2中，通过MCU2向MCU1进行更新。
所述上位机与MCU单元的以太网接口能够进行扩展，扩展后的传输接口支持CAN、RS485、USB进行数据传输。。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，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。
Claims (4)
1.一种VPX架构下的多处理器固件在线互更新方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
S1：上位机通过以太网接口与MCU单元的以太网接口相连，MCU单元包括MCU1和MCU2，MCU1和MCU2之间通过USART接口相连；
S2：在系统通电后，上位机通过TFTP软件发送固件更新请求和固件镜像文件到MCU单元中的更新模块MCU1中；
S3：MCU1进行命令解析和镜像完整性校验后，设置待更新模块MCU2的BOOT0为高电平，设置BOOT1接地，使MCU2芯片进入引导程序ISP状态，等待USART接口的命令；
S4：MCU1控制MCU2复位，建立UART接口间通信，MCU2执行flash擦除过程，接受固件镜像文件并烧写到flash中；
S5：烧写完毕后设置数据读保护，并将结果反馈给MCU1；MCU1判断烧写成功后，控制MCU2重启；
S6：MCU1反馈更新版结果给上位机，更新固件操作完闭。
2.根据权利要求1所述的一种VPX架构下的多处理器固件在线互更新方法，其特征在于，所述步骤S3中的ISP更新过程为：
S31：确定BOOT0，BOOT1引脚的状态，配置待更新模块的BOOT0处于高电平状态，BOOT1处于低电平状态，待烧写模块的TX、RX、VCC、GND连接到gd32的usart0；
S32：然后在RST脚上产生一个负脉冲，GD32进入ISP状态，在复位操作后的第4个上升沿以后，等待发送指令和数据；
S33：复位后，ISP程序已经处于接受连接的状态,设置串口波特率、校验位、数据位、停止位、然后发送一个信号指令，等待GD32回复，GD32的ISP程序利用这个信号指令来测试波特率，如果收到了确认反馈信号，则进入下一步操作，否则，必须检测BOOT0、BOOT1引脚，并重新复位GD32；
S34：发送一个双字节命令让芯片执行擦除动作，全片擦除之后,开始烧录程序。
3.根据权利要求1所述的一种VPX架构下的多处理器固件在线互更新方法，其特征在于，上位机可将固件镜像文件发送至MCU2中，通过MCU2向MCU1进行更新。
4.根据权利要求1所述的一种VPX架构下的多处理器固件在线互更新方法，其特征在于，所述上位机与MCU单元的以太网接口能够进行扩展，扩展后的传输接口支持CAN、RS485、USB进行数据传输。
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