CN109683941A - 一种基于单芯片在线加载的应答机软件升级方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于单芯片在线加载的应答机软件升级方法，单芯片分为BOOT区：用于上电引导，查询到用户程序更新时，将新目标代码搬移到USER_CODE区，搬移完成后，跳转至USER_CODE区执行新目标代码；若未更新，则立即跳至USER_CODE区执行原目标代码；USER_CODE区：执行用户目标代码；BACK_CODE区：存放接收到的更新的目标代码；SYS_VECT区：存储系统参数。依据通信协议、电气特性及目标文件详细的属性信息定义软件在线升级过程，单芯片片内FLASH区域规划方案，对各区域使用进行约束，本发明设计一种可实施的软件加载方法，提高传输可靠性，维护设备的信息安全，减少资源损耗。

Description

一种基于单芯片在线加载的应答机软件升级方法

技术领域

本发明涉及通信领域，尤其涉及一种基于单芯片在线加载的应答机软件升级方法。

背景技术

本发明与单芯片在线加载方法相关，单芯片IAP(In Application Programming)在线升级，即芯片在应用程序运行中进行软件更新升级。结合ARINC615A-3的软件加载通信握手协议，发明一种特殊的软件升级方法。公司每年产出数百套包括航管应答机在内的嵌入式芯片产品，这些产品在系统调试阶段、出厂装机、外场维护等使用过程中难免遇到用户需求更改或功能待提升的软件升级需求。若仅依靠整机拆卸后，通过打开机器，上电连接仿真器进行程序烧写，将大大降低效率，可操作局限性强，从而造成时间、人力、物力上的成本损失。因此，如何便捷、安全、有效地实施机载航管应答机外场在线软件升级是本发明的阐述重点。

在空中交通管制系统中航管应答机是监视、跟踪飞机状态，保障飞机飞行安全的一种不可或缺的机载设备，其功能的特殊性也决定了现有的单一在线加载方法不完全适用，因此在单芯片在线加载技术的基础上结合机载安装位置、信息安全保密等特殊性，增加软件信息匹配等功能，避免信息泄露、版本可控，从而实现外场软件升级。

常用的在线升级方案直接通过仿真器烧写程序或通过外挂片外FLASH程序存储器进行软件升级，但其仍然存在一些技术缺点，如：

在软件升级过程中，出现意外掉电而导致升级中断时，缺乏掉电保护机制，无法再次正常重启；

在现有机载产品高集成化的背景下，对产品尺寸、功耗、成本均一再压缩，外挂FLASH存储器存在一定的局限，不利于集成优化；

航管机载应答机具有一定的保密性，常规加载方案未考虑软件自身的版本、密级、生产代号等属性，因此存在升级管理不可控的隐患。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供了一种基于单芯片在线加载的应答机软件升级方法。

本发明采用的技术方案如下：

一种基于单芯片在线加载的应答机软件升级方法，单芯片分为BOOT区、USER_CODE区、BACK_CODE区及SYS_VECT区；

BOOT区：用于上电引导，查询到用户程序更新时，将BACK_CODE区里的新目标代码搬移到USER_CODE区，新目标代码搬移完成后，清除SYS_VECT区中存储的更新标记并跳转至USER_CODE区执行新目标代码；若未更新，则立即跳至USER_CODE区执行原目标代码；

USER_CODE区：执行用户目标代码，所述用户目标代码为新目标代码或原目标代码；

BACK_CODE区：当用户程序运行时，接收到更新的目标代码后，存放于此；

SYS_VECT区：存储系统参数，当用户程序更新时，则更改对应的系统参数。

作为优选方式，单芯片为STM32F103VE型号芯片。

作为优选方式，USER_CODE区包括软件在线升级接收处理模块。

作为优选方式，SYS_VECT区存储目标文件大小、版本号、项目代号等文件属性，用于在升级软件传输之前提供识别匹配的信息。

作为优选方式，单芯片在在正常运行过程中若接收到“程序升级”命令后进入待机工作状态，单芯片将接收到的新目标代码写入BACK_CODE区，升级完成后可选择立即跳转至BOOT区重新引导，或者在下次上电后重新引导。

作为优选方式，每次上电首先执行BOOT区程序，检测SYS_VECT区的参数，判断是否存在新目标代码，若存在，则将新目标代码搬移至USER_CODE区并执行；若不存在，则指针直接跳转至USER_CODE区运行。

作为优选方式，系统参数包括软件更新完成的标志、目标文件大小文件版本号、生产代号、项目代号。

作为优选方式，在USER_CODE区执行目标代码时，通信发起方和单芯片(通信接收方)通过握手协议完成软件更新，具体包括以下步骤：

步骤1：升级软件时，通信发起方按升级软件数据指令封装数据包，并发送给单芯片；

步骤2：应答机数据处理单芯片接收到第一帧升级数据包后，关闭应答功能、自检功能关闭，设备处于待机状态，以做好升级准备，并将准备结果发送给通信发起方；并回传“升级软件结果”告知通信发起方已处于就绪状态；

步骤3：单芯片接收到第二帧升级数据包开始，获取升级代码数据并存储，并回传“升级软件结果”告知通信发起方是否可以发送下一帧升级数据，若此帧烧写失败，则根据帧序号重新发送一次，如此反复，直至整个升级代码数据发送完毕；

步骤4：单芯片接收到最后一帧升级数据包时，将软件升级成功或软件升级失败的结果传回通信发起方。

作为优选方式，数据包包括帧序号、代码类别、代码长度、代码校验值以及代码数据。

作为优选方式，通信发起方和单芯片定义接口协议，包括消息首帧、消息帧以及升级结果回传帧的数据格式。

与现有技术相比，采用上述技术方案的有益效果为：

(1)一种单芯片片内FLASH区域规划方案，对各区域使用进行约束，集成度高，不必单独增加片外FLASH，节约硬件成本，减少体积与功耗。

(2)本发明设计一种完善的通信传输协议，利用通信握手、序号帧检查、校验检查、状态检查，避免丢帧、误码，提高传输可靠性。

(3)提出的整体升级存储方案。利用BACK_CODE区与SYS_VECT区，将接收到的待更新代码存放在BACK_CODE区而非直接覆盖原始代码，并在更新及写入完成后对SYS_VECT区状态进行设置，避免在软件升级过程中因出现掉电、通信中断等突发事件造成的程序损毁，能始终保持芯片运行的是最新版的目标代码。

附图说明

图1是本发明STM32F103VE片内FLASH划分示意图；

图2是本发明的软件升级方案图；

图3是本发明软件在线升级流程图；

图4是本发明软件升级串口数据传输格式。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以升级。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

下面结合附图对本发明做进一步描述。

本发明提供了一种基于单芯片在线加载的应答机软件升级方法，在不拆卸已安装在驾驶舱的机载应答机整机的情况下，通过已有的外部数据接口以发送接收双方统一规定的格式传输待升级的二进制目标程序文件，以达到软件升级更新目的。

一种基于单芯片在线加载的应答机软件升级方法单芯片分为BOOT区、USER_CODE区、BACK_CODE区及SYS_VECT区；

BOOT区：用于上电引导，查询到用户程序更新时，将BACK_CODE区里的新目标代码搬移到USER_CODE区，新目标代码搬移完成后，清除SYS_VECT区中的软件更新完成的标记并跳转至USER_CODE区执行新目标代码；若未更新，则立即跳至USER_CODE区执行原目标代码；

USER_CODE区：执行用户目标代码，所述用户目标代码为新目标代码或原目标代码；

BACK_CODE区：当用户程序运行时，接收到更新的目标代码后，存放于此；

SYS_VECT区：存储系统参数，当用户程序更新时，则更改对应的系统参数。

在一个优选实施例中，所述单芯片为STM32F103VE型号芯片。

在一个优选实施例中，USER_CODE区包括软件在线升级接收处理模块。

在一个优选实施例中，所述SYS_VECT区可存储目标文件大小、版本号、项目代号等文件属性，用于在升级软件传输之前提供识别匹配的信息。

在一个优选实施例中，单芯片在正常运行过程中若接收到“软件升级”命令后进入待机工作状态，单芯片将接收到的新目标代码写入BACK_CODE区，升级完成后选择立即跳转至BOOT区重新引导或者在下次上电后重新引导。

在一个优选实施例中，每次上电首先执行BOOT区程序，检测SYS_VECT区的参数，判断是否存在新目标代码，若存在，则将新目标代码搬移至USER_CODE区并执行；若不存在，则指针直接跳转至USER_CODE区运行。

在一个优选实施例中，所述系统参数包括软件更新完成的标志、目标文件大小文件版本号、生产代号以及项目代号。

在一个优选实施例中，通信发起方和单芯片定义的接口协议，包括消息首帧、消息帧以及升级结果回传帧的数据格式。

在一个优选实施例中，芯片接收到“软件升级”命令后，通信发起方和单芯片(通信接收方)通过握手协议完成软件更新，具体包括以下步骤：

步骤1：升级软件时，通信发起方按升级软件数据指令封装数据包，并发送给单芯片；

步骤2：应答机数据处理单芯片接收到第一帧升级数据包后，关闭除软件升级数据包接收处理以外的其他功能，设备处于待机状态，以做好升级准备，通信发起方回传“升级软件结果”告知通信发起方已处于就绪状态；

步骤3：单芯片接收到第二帧升级数据包开始，获取升级的代码数据并存储，并回传“升级软件结果”告知通信发起方是否可以发送下一帧升级数据，若此帧烧写失败，则根据帧序号重新发送一次；如此反复，直至整个升级代码数据发送完毕；

步骤4：单芯片接收到最后一帧升级数据包后，将软件升级成功或软件升级失败的结果传回通信发起方。

在一个优选实施例中，所述数据包包括帧序号、代码类别、代码长度、代码校验值以及代码数据。

在一个优选实施例中，通信发起方和单芯片定义的接口协议，包括消息首帧、消息帧以及升级结果回传帧的数据格式。

在一个优选实施例中，采用如下具体方案：

(1)根据单芯片内FLASH大小，进行合理划分区域

如图1所示，选取嵌入式芯片型号STM32F103VE(其他芯片亦可根据其片内FLASH大小，进行合理划分)为例。

STM32F103VE芯片片内FLASH内存为512KB，共256个扇区，每个扇区2K。根据FLASH扇区的划分以及处理软件的实际大小先将片内FLASH划分为四个区域。BOOT区、USER_CODE区、BACK_CODE区及SYS_VECT区，并分别定义每个区的起始地址。其中：

BOOT区：存储软件配置项1。用于上电引导，当查询到用户程序更新时，将BACK_CODE区里的新目标代码搬移到USER_CODE区，目标代码搬移完成后清除SYS_VECT区中软件更新完成标记“0xA5”与“0x5A”并跳转至USER_CODE区执行；若未更新，则立即跳至USER_CODE区执行原目标代码；

USER_CODE区：即用户主程序区，存储软件配置项2。实际执行的用户目标代码，其中包括软件在线升级接收处理模块；

BACK_CODE区：当用户程序运行时，接收到更新的目标代码后，存放于此；

SYS_VECT区：系统向量区，存储系统参数，比如是否更新标志、目标文件大小文件版本号、生产代号、项目代号等文件属性，当用户程序更新时，则更改对应的系统参数，可在升级软件传输之前提供识别匹配的信息。

BOOT区和SYS_VECT区占用空间较小，USER_CODE区和BACK_CODE区根据实际编译的目标文件大小分配等大的空间。

(2)依据通信协议及电气特性定义软件在线升级过程。

如图2所示，芯片在正常运行过程中若接收到“程序升级”命令后进入待机工作状态，此时将接收到的目标文件写入片内FLASH的BACK_CODE区，更新完成后可选择立即跳转至BOOT区重新引导，也可选择在下次上电后重新引导。每次上电首先执行BOOT区程序，检测SYS_VECT区的参数，判断是否存在待更新的代码，若存在，则将新代码搬移至USER_CODE区(用户主程序区)并执行；若不存在，则指针直接跳转至USER_CODE区运行。

如图3所示，通信双方通过握手协议完成软件更新的全过程。升级软件时，通信发起方(如上位机软件)按“升级软件数据”指令封装数据，包括帧序号、代码类别、代码长度、代码校验值及代码数据，并发送给通信接收方(如STM32F103VE芯片)。通信接收方接收到第一帧升级数据包时，并做好升级的准备工作，并回传“升级软件结果”告知通信发起方已处于就绪状态。通信接收方从接收第二帧升级数据包开始，获取升级的代码数据并存储，并回传“升级软件结果”告知通信发起方是否可以发送下一帧升级数据，若此帧烧写失败，则根据帧序号重新发送一次。如此反复，直至整个升级代码数据发送完毕。在通信接收方接收到最后一帧升级数据时，回传“升级软件结果”告知通信发起方烧写是否成功。

在本发明优选的一个实施例中，通信双方定义接口协议，包括消息首帧、消息帧以及升级结果回传帧的数据格式。其中如表1～表4所示。由于程序升级的数据通过RS232或RS422串口传输，存在误码风险会导致运行程序的瘫痪，串口数据字节传输格式见图4，因此通信协议中的校验以及消息类型辨识必不可少，在消息帧中加入帧头、帧尾以及异或校验机制是减少错误接收的有效方法。若消息帧校验未通过则丢弃此帧，并回复烧写失败，等待重新发送，若校验通过则升级继续进行。

表1消息帧结构

表2升级软件数据消息内容(首帧)

表3升级软件数据消息内容(非首帧)

表4升级软件结果消息内容

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。如果本领域技术人员，在不脱离本发明的精神所做的非实质性改变或改进，都应该属于本发明权利要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种基于单芯片在线加载的应答机软件升级方法，其特征在于，单芯片分为BOOT区、USER_CODE区、BACK_CODE区及SYS_VECT区；

BOOT区：用于上电引导，查询到用户程序更新时，将BACK_CODE区里的新目标代码搬移到USER_CODE区，新目标代码搬移完成后，清除SYS_VECT区中存储的更新标记并跳转至USER_CODE区执行新目标代码；若未更新，则立即跳至USER_CODE区执行原目标代码；

USER_CODE区：执行用户目标代码，所述用户目标代码为新目标代码或原目标代码；

BACK_CODE区：当用户程序运行时，接收到更新的目标代码后，存放于此；

SYS_VECT区：存储系统参数，当用户程序更新时，则更改对应的系统参数。

2.如权利要求1所述的一种基于单芯片在线加载的应答机软件升级方法，其特征在于，所述单芯片为STM32F103VE型号芯片。

3.如权利要求1所述的一种基于单芯片在线加载的应答机软件升级方法，其特征在于，USER_CODE区包括软件在线升级接收处理模块。

4.如权利要求1所述的一种基于单芯片在线加载的应答机软件升级方法，其特征在于，所述SYS_VECT区可存储目标文件的版本号、生产代号、项目代号，用于软件级传输之前提供识别匹配的信息。

5.如权利要求1所述的一种基于单芯片在线加载的应答机软件升级方法，其特征在于，单芯片在在正常运行过程中若接收到“软件升级”命令后进入待机工作状态，单芯片将接收到的新目标代码写入BACK_CODE区，升级完成后可选择立即跳转至BOOT区重新引导，或者在下次上电后重新引导。

6.如权利要求1所述的一种基于单芯片在线加载的应答机软件升级方法，其特征在于，每次上电首先执行BOOT区程序，检测SYS_VECT区的参数，判断是否存在新目标代码，若存在，则将新目标代码搬移至USER_CODE区并执行；若不存在，则指针直接跳转至USER_CODE区运行。

7.如权利要求1-6任一所述的一种基于单芯片在线加载的应答机软件升级方法，其特征在于，系统参数包括软件更新完成的标志、目标文件大小文件版本号、生产代号、项目代号。

8.如权利要求1或5所述的一种基于单芯片在线加载的应答机软件升级方法，其特征在于，芯片接收到“软件升级”命令后，通信发起方和单芯片通过握手协议完成软件更新，具体包括以下步骤：

步骤1：升级软件时，通信发起方按升级软件数据指令封装数据包，并发送给单芯片；

步骤2：应答机数据处理单芯片接收到第一帧升级数据包后，应答功能、自检功能关闭，设备处于待机状态，以做好软件升级准备，并将准备结果发送给通信发起方；并回传“升级软件结果”告知通信发起方已处于就绪状态；

步骤3：单芯片接收到第二帧升级数据包开始，获取升级代码数据并存储，并回传“升级软件结果”告知通信发起方是否可以发送下一帧升级数据，若此帧烧写失败，则根据帧序号重新发送一次，如此反复，直至整个升级代码数据发送完毕；

步骤4：单芯片接收到最后一帧升级数据包时，将软件升级成功或软件升级失败的结果传回通信发起方。

9.如权利要求8所述的一种基于单芯片在线加载的应答机软件升级方法，其特征在于，所述数据包包括帧序号、代码类别、代码长度、代码校验值以及代码数据。

10.如权利要求8所述的一种基于单芯片在线加载的应答机软件升级方法，其特征在于，通信发起方和单芯片定义接口协议，包括消息首帧、消息帧以及升级结果回传帧的数据格式。