CN110633091A - 一种电子模块及其软件无线升级方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种电子模块及其软件无线升级方法，旨在解决现有技术无法稳定、可靠适用于多次软件无线升级的问题。该电子模块的FLASH存储空间中有至少两个APP分区，分别用于单独存储和运行不同版本的用户程序；Bootloader程序引导程序更新的过程包括：将接收的待更新程序存储在APP区当前空闲的一个分区，在DATA区写入程序升级标志后软件复位，再通过检测当前的程序升级标志选择加载APP区中相应分区的程序运行；若当前运行分区的程序遇到故障，则设定的某一空闲分区在DATA区中对应的标志位切换为唯一有效，执行该分区存储的程序，同时向上位机发送此前分区程序故障的信号。

Description

一种电子模块及其软件无线升级方法

技术领域

本发明涉及一种电子模块及其软件无线升级方法。

背景技术

在监测/控制类的电子模块开发完成后，后续可能会进行软件上的升级。但此时产品的电路板已经层层密封在外壳中，要想现场去逐个修改电子模块中的软件则需要耗费大量的人力、物力和财力。因此有必要实现电子模块软件的无线升级。

以光伏电站功率优化器为例：优化器安装在太阳能电池板上，用于监测太阳能电池板的电压、电流等情况，通过无线模块(用于300M以内)将监测到的信息以无线通信的方式及时地发送给采集器，采集器通过网口传输协议将统计到的数据反馈给上位机。系统组成如图1所示。在光伏电站运行过程中，根据实际需要会调整监测过程参数，因此电子模块作为从机，将获取来自主机传送过来的待升级的从机程序。

目前，已经有能够实现软件无线升级的方法，系统由一个主机(例如图1中所示采集器)和若干个从机(例如图1中所示优化器)组成。为了简便起见，这里仅以一个从机来说明其工作原理，如图2所示，主机与从机之间通过无线方式进行通信。从机芯片上的FLASH划分为三部分区域，分别为bootloader区、APP区(用户程序存放区)和DATA区，如下图3所示。具体如下：

bootloader区：bootloader代码放在FLASH空间的起始位置，这段程序主要负责接收由主机传送过来的待升级的从机程序，从机通过无线通信接口将待升级的程序接收后写入FLASH内部的APP区，然后设置DATA区的程序更新标志位，来跳转执行升级后的程序。

APP区：用户程序的存储和运行区，每次升级新的程序时，原来的程序就会被擦除，以便接收新的程序。

DATA区：接收到用户程序后就存储一个软件升级标志位，bootloader区会根据此标志位进行跳转执行新写入的程序。

该升级方案存在以下缺点：

1)不能够实现用户程序的多次升级。如果用户在现有的硬件基础上，还想进行二、三次或者多次升级，现有的无线升级技术将无法实现；

2)不能保证系统的稳定性。如果当前正在运行的APP程序出现运行故障，无法正常运行时，系统将无法退回到上一个未更新前版本的程序，系统将一直处于故障状态。

发明内容

本发明提出一种电子模块及其软件无线升级方法，旨在解决现有技术无法稳定、可靠适用于多次软件无线升级的问题。

本发明考虑电子模块软件的在线多次更新功能，提出以下设计目标：

产品开发人员将软件要实现的新功能开发完毕后生成新的程序，新程序通过采集器以无线方式下发到每一个电子模块，电子模块下载该新程序后自动运行新的程序，如果需要多次升级，就重复以上的步骤，电子模块依据自身的程序去实现多次升级。

如果电子模块中正在执行的当前版本程序出现故障，系统将自动回退至上一个版本或用户指定版本的程序继续运行，同时向上位机发送该故障信息。

为此，本发明给出以下解决方案：

一种电子模块，包括处理器和FLASH，其中FLASH的存储空间分为Bootloader区、APP区和DATA区；

所述APP区的存储空间划分为至少两个分区，分别用于单独存储和运行不同版本的用户程序；

所述DATA区存储的信息包括程序升级标志和程序版本号，程序升级标志中设定与APP区各个分区一一对应的标志位，其中当前运行的分区对应的标志位唯一有效；

所述Bootloader区，用于存放Bootloader程序，该Bootloader程序引导程序更新的过程包括：将接收的待更新程序存储在APP区当前空闲的一个分区，在DATA区写入程序升级标志后软件复位，再通过检测当前的程序升级标志选择加载APP区中相应分区的程序运行；若当前运行分区的程序遇到故障，则设定的某一空闲分区在DATA区中对应的标志位切换为唯一有效，Bootloader程序重新检测DATA区的程序升级标志及程序版本号，Bootloader运行指针跳转到有效标志位对应的分区，执行该分区存储的程序，同时向上位机发送此前分区程序故障的信号。

优选地，所述设定的某一空闲分区为存储前一版本程序的分区，相当于在出现故障时，选择前一版本程序运行。当然，上述APP区的分区若有三个以上，则用户还可以根据预先的设定选择另一稳定版本的程序运行。

优选地，所述APP区的存储空间划分为两个区域，记为APP0区和APP1区；多次程序更新的过程中，APP0区与APP1区分别依次交替作为写入新程序的分区和当前运行分区。

优选地，所述DATA区存储的信息还包括程序的大小，可供软件开发参考。

基于上述电子模块实现软件无线升级的方法，包括以下步骤：

1)下载基础版本：运行Bootloader程序，当检测到基础版本下载的命令后，接收基础版本的程序并将其写入APP1区域，并在DATA区写入对应于APP1区的标志位(即置对应的标志位为唯一有效)和程序版本号；然后软件复位，Bootloader程序读取DATA区的程序升级标志，将指针跳转到APP1区域，去执行基础版本的程序；

2)第一次升级：当前运行的是基础版本的程序；当接收到软件升级的命令时，接收待升级程序并将其完整写入APP0区，并在DATA区写入对应于APP0区的标志位和待升级程序的版本号；然后软件复位，Bootloader程序读取DATA区的程序升级标志，此时APP0区对应的标志位有效，Bootloader运行指针跳转到APP0区，执行第一次升级后的程序；

3)第二次升级：当前运行的是APP0程序；当接收到软件升级的命令时，接收待升级程序并将其完整写入APP1区，并在DATA区写入对应于APP1区的标志位和待升级程序的版本号；然后软件复位，Bootloader程序读取DATA区的程序升级标志，此时APP1区对应的标志位有效，Bootloader运行指针跳转到APP1区，执行第二次升级后的程序；

4)参照步骤2)、步骤3)，APP0区与APP1区分别依次交替作为写入新程序的分区和当前运行分区，实现多次无线升级。

本发明具有以下优点：

1、可简便、有效实现电子模块软件的多次无线升级。

2、能够确保电子模块软件运行的稳定性和健壮性。

3、还可便于维护人员知晓各个电子模块的软件运行版本情况，实现电子模块的可控管理。

附图说明

图1为光伏电站功率优化器涉及的系统组成示意图。

图2为主机与从机之间的无线通信连接示意图。

图3为现有软件升级方案的从机芯片内部FLASH的空间划分情况。

图4为本发明电子模块中的芯片内部FLASH的空间划分情况。

图5为Bootloader区域运行的流程图。

图6为第一次升级流程图。

图7为第二次升级流程图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步详述：

如图4所示，本发明中将电子模块芯片内部的FLASH划分为四部分：

1)Bootloader区，用来存放Bootloader程序，即负责更新程序的拷贝和跳转到更新后的程序；其工作流程如图5所示，主要是：接收待更新的程序并把它存储在FLASH的特定位置，然后加载新的程序运行。芯片每次上电都会先读取软件升级标志，根据此软件升级标志来决定是运行最新的APP程序还是来运行上一个版本(或其他版本)的程序。

2)APP0区，用户程序的存储和运行区；

3)APP1区，用户程序的存储和运行区；

这里，将原本的APP区划分为APP0和APP1两个区域，分别用于存放更新后的程序和更新前的程序。如果APP1正在运行当前程序，此时收到程序更新指令，APP1里面的程序会将待更新的程序接收存放到APP0区域，反之亦然。为描述方便，图中将正在运行程序的APP区称为运行区，将存放更新程序的APP区称为升级区。

4)DATA区，用来存放程序升级标志位和其它一些关键信息，如程序的大小、版本号等信息。

在下载基础版本之前，FLASH内部只有Bootloader程序。

一、基于上述FLASH实现多次升级：

1)下载基础版本：当前正在运行的是Bootloader程序，当检测到基础版本下载的命令后，就会接收基础版本的程序并将其写入APP1区域，并在DATA区写入基础版本的标志位、程序大小、程序版本号；然后Bootloader程序通过检测DATA区的软件升级标志位，将指针跳转到APP1区域，去执行基础版本。

2)第一次升级：当前正在运行的是基础版本，当其接收到软件升级的命令后，就会接收待升级程序，并将待升级程序完整地写入APP0区域，并在DATA区写入第一次升级程序的标志位、程序大小、程序的版本号；然后通过Bootloader程序来读取DATA区的程序升级标志位，此时APP0区域的程序升级标志位有效，然后Bootloader将指针跳转到APP0区域，去执行升级后的程序。整个过程如图6所示。

3)第二次升级：当前正在运行的是APP0程序，当检测到要升级的命令后，就会接收待升级程序并将其完整地写入APP1区域，并在DATA区写入待升级程序的标志位、程序大小、程序的版本号；然后通过Bootloader程序来读取DATA区的程序升级标志位，此时APP1区域的程序升级标志位有效，去执行APP1的程序。如图7所示。

以此类推，就可以实现优化器的多次无线升级。

二、软件升级后的容错运行

遇故障时，运行上一个版本的程序并报错，具体的容错运行过程如下：

当优化器进行过一次程序升级后，FLASH中现有Bootloader程序，APP0程序和APP1程序。举例如下情况：目前正在运行APP0区域的程序，该程序是第一次升级后的程序，APP1区域存放的是基础版本程序。

当正在运行的APP0程序遇到故障无法正常运行时，Bootloader运行指针就会指回Bootloader区域，Bootloader程序开始重新去检测Data区域的标志位及版本号，此时APP1区域的标志位切换为有效；Bootloader将指针将跳转到APP1区域，去执行APP1的程序，同时向上位机发送APP0区域程序故障的信号。这样不仅保证了优化器系统的稳定性，还便于维护人员对优化器的可视化管理。

Claims (5)

1.一种电子模块，包括处理器和FLASH，其中FLASH的存储空间分为Bootloader区、APP区和DATA区，其特征在于：

所述APP区的存储空间划分为至少两个分区，分别用于单独存储和运行不同版本的用户程序；

所述DATA区存储的信息包括程序升级标志和程序版本号，程序升级标志中设定与APP区各个分区一一对应的标志位，其中当前运行的分区对应的标志位唯一有效；

所述Bootloader区，用于存放Bootloader程序，该Bootloader程序引导程序更新的过程包括：将接收的待更新程序存储在APP区当前空闲的一个分区，在DATA区写入程序升级标志后软件复位，再通过检测当前的程序升级标志选择加载APP区中相应分区的程序运行；若当前运行分区的程序遇到故障，则设定的某一空闲分区在DATA区中对应的标志位切换为唯一有效，Bootloader程序重新检测DATA区的程序升级标志及程序版本号，Bootloader运行指针跳转到有效标志位对应的分区，执行该分区存储的程序，同时向上位机发送此前分区程序故障的信号。

2.根据权利要求1所述的电子模块，其特征在于：所述设定的某一空闲分区为存储前一版本程序的分区。

3.根据权利要求1所述的电子模块，其特征在于：所述APP区的存储空间划分为两个区域，记为APP0区和APP1区；多次程序更新的过程中，APP0区与APP1区分别依次交替作为写入新程序的分区和当前运行分区。

4.根据权利要求1所述的电子模块，其特征在于：所述DATA区存储的信息还包括程序的大小。

5.基于权利要求3所述电子模块实现软件无线升级的方法，包括以下步骤：

1)下载基础版本：运行Bootloader程序，当检测到基础版本下载的命令后，接收基础版本的程序并将其写入APP1区域，并在DATA区写入对应于APP1区的标志位和程序版本号；然后软件复位，Bootloader程序读取DATA区的程序升级标志，将指针跳转到APP1区域，去执行基础版本的程序；

2)第一次升级：当前运行的是基础版本的程序；当接收到软件升级的命令时，接收待升级程序并将其完整写入APP0区，并在DATA区写入对应于APP0区的标志位和待升级程序的版本号；然后软件复位，Bootloader程序读取DATA区的程序升级标志，此时APP0区对应的标志位有效，Bootloader运行指针跳转到APP0区，执行第一次升级后的程序；

3)第二次升级：当前运行的是APP0程序；当接收到软件升级的命令时，接收待升级程序并将其完整写入APP1区，并在DATA区写入对应于APP1区的标志位和待升级程序的版本号；然后软件复位，Bootloader程序读取DATA区的程序升级标志，此时APP1区对应的标志位有效，Bootloader运行指针跳转到APP1区，执行第二次升级后的程序；

4)参照步骤2)、步骤3)，APP0区与APP1区分别依次交替作为写入新程序的分区和当前运行分区，实现多次无线升级。

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