CN111090447A - 一种io模块的固件更新方法及相关装置 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种IO模块的固件更新方法，包括：FPGA根据接收到的硬件模块编程文件进行烧录，得到在线更新模块；当接收到固件更新指令时，控制所述在线更新模块与外部数据模块建立远程通讯连接，并接收固件更新文件；根据所述固件更新文件执行更新操作。通过FPGA烧录出在线更新模块，然后通过该在线更新模块进行固件更新操作，避免在现场进行固件更新，降低固件更新难度，提高固件更新效率。本申请还公开了一种IO模块的固件更新装置、IO设备以及计算机可读存储介质，具有以上有益效果。
Description
技术领域
本申请涉及计算机技术领域，特别涉及一种IO模块的固件更新方法、固件更新装置、IO设备以及计算机可读存储介质。
背景技术
工业控制领域中常用IO模块实现控制操作。其中，IO(输入/输出，具体包括模拟输入/模拟输出，数字输入/数字输出，测频等)模块，是工业级远程采集与控制模块，该模块提供了无源节点的开关量输入采集，继电器输出，高频计数器等功能。IO模块可用于数据收集和各种控制的应用。分布式IO模块具有可靠度高、价格优惠、设置容易、网络布线方便等特性，适用于分散地区的应用，可节省系统整合的时间和费用。
在使用IO模块的过程中，需要对IO模块的固件进行更新操作，以便增加新的功能或对IO模块进行维护。现有技术中，一般通过JTAG(Joint Test Action Group，联合测试工作组)接口直接烧写FPGA(Field－Programmable Gate Array现场可编程门阵列)或者FLASH，必须打开外壳，连接JTAG下载器完成。如果技术人员不在现场，这种升级方式非常不方便。在另一现有技术中，通过MCU(Microcontroller Unit微控制单元)的UART接口接收串口数据，通过MCU模拟JTAG时序，间接完成对FPGA，或者FLASH的烧写。这种方式可以避免打开PCB外壳，但是仍然需要在现场进行操作。可见，现有技术中对IO模块进行升级的方式，不仅需要在设计中额外增加MCU，增加PCB面积占用与成本，还需要到现场，在一些情况中十分不便，增加操作难度。
因此，如何降低对IO模块进行固件升级的难度是本领域技术人员关注的重点问题。
发明内容
本申请的目的是提供一种IO模块的固件更新方法、固件更新装置、IO设备以及计算机可读存储介质，通过FPGA烧录出在线更新模块，然后通过该在线更新模块进行固件更新操作，避免在现场进行固件更新，降低固件更新难度，提高固件更新效率。
为解决上述技术问题，本申请提供一种IO模块的固件更新方法，包括：
FPGA根据接收到的硬件模块编程文件进行烧录，得到在线更新模块；
当接收到固件更新指令时，控制所述在线更新模块与外部数据模块建立远程通讯连接，并接收固件更新文件；
根据所述固件更新文件执行更新操作。
可选的，所述在线更新模块包括从站协议栈、软核处理器、读写控制器以及配置控制器。
可选的，当接收到固件更新指令时，控制所述在线更新模块与外部数据模块建立远程通讯连接，并接收固件更新文件，包括：
当接收到所述固件更新指令时，控制所述从站协议栈与所述外部数据模块建立非周期远程通讯连接；
所述从站协议栈根据预设协议内容接收所述固件更新文件。
可选的，根据所述固件更新文件执行更新操作，包括：
控制所述软核处理器对所述固件更新文件进行校验；
当校验通过时，所述软核处理器控制所述读写控制器将所述固件更新文件写入存储器，以便完成更新操作。
可选的，还包括：
当所述固件更新文件写入完成时，控制所述配置控制器对所述固件更新文件执行加载操作。
本申请还提供一种IO模块的固件更新装置，包括：
更新硬件烧录模块，用于根据接收到的硬件模块编程文件进行烧录，得到在线更新模块；
更新文件接收模块，用于当接收到固件更新指令时，控制所述在线更新模块与外部数据模块建立远程通讯连接，并接收固件更新文件；
更新操作执行模块，用于根据所述固件更新文件执行更新操作。
可选的，所述更新文件接收模块，包括：
通讯连接建立单元，用于当接收到所述固件更新指令时，与所述外部数据模块建立非周期远程通讯连接；
更新文件接收单元，用于根据预设协议内容接收所述固件更新文件。
可选的，所述更新操作执行模块，包括：
文件校验单元，用于对所述固件更新文件进行校验；
更新操作执行单元，用于当校验通过时，将所述固件更新文件写入存储器，以便完成更新操作。
本申请还提供一种IO设备，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序时实现如上所述的固件更新方法的步骤。
本申请还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的固件更新方法的步骤。
本申请所提供的一种IO模块的固件更新方法，包括：FPGA根据接收到的硬件模块编程文件进行烧录，得到在线更新模块；当接收到固件更新指令时，控制所述在线更新模块与外部数据模块建立远程通讯连接，并接收固件更新文件；根据所述固件更新文件执行更新操作。
通过根据接收到的硬件模块编程文件在FPGA中烧录出具有在线固件更新的在线更新模块，然后当接收到固件更新指令时，控制该在线更新模块与外部数据模块建立通讯连接，并接收固件更新文件，而不是将IO模块拆开后连接数据传输装置再向IO模块发送固件更新文件，简化了IO模块获取固件更新文件的方式，避免对在现场对IO模块进行操作，也避免了对IO模块进行拆卸，最后直接根据该固件更新文件执行更新操作，降低了对IO模块进行固件更新的难度，提高了固件更新操作的效率。
本申请还提供一种IO模块的固件更新装置、IO设备以及计算机可读存储介质，具有以上有益效果，在此不做赘述。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例所提供的一种IO模块的固件更新方法的流程图；
图2为本申请实施例所提供的一种IO模块的固件更新装置的结构示意图。
具体实施方式
本申请的核心是提供一种IO模块的固件更新方法、固件更新装置、IO设备以及计算机可读存储介质，通过FPGA烧录出在线更新模块，然后通过该在线更新模块进行固件更新操作，避免在现场进行固件更新，降低固件更新难度，提高固件更新效率。
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
现有技术中，一般通过JTAG(Joint Test Action Group，联合测试工作组)接口直接烧写FPGA(Field－Programmable Gate Array现场可编程门阵列)或者FLASH，必须打开外壳，连接JTAG下载器完成。如果技术人员不在现场，这种升级方式非常不方便。在另一现有技术中，通过MCU(Microcontroller Unit微控制单元)的UART接口接收串口数据，通过MCU模拟JTAG时序，间接完成对FPGA，或者FLASH的烧写。这种方式可以避免打开PCB外壳，但是仍然需要在现场进行操作。可见，现有技术中对IO模块进行升级的方式，不仅需要在设计中额外增加MCU，增加PCB面积占用与成本，还需要到现场，在一些情况中十分不便，增加操作难度。
为解决上述问题，本申请提供一种IO模块的固件更新方法，通过根据接收到的硬件模块编程文件在FPGA中烧录出具有在线固件更新的在线更新模块，然后当接收到固件更新指令时，控制该在线更新模块与外部数据模块建立通讯连接，并接收固件更新文件，而不是将IO模块拆开后连接数据传输装置再向IO模块发送固件更新文件，简化了IO模块获取固件更新文件的方式，避免对在现场对IO模块进行操作，也避免了对IO模块进行拆卸，最后直接根据该固件更新文件执行更新操作，降低了对IO模块进行固件更新的难度，提高了固件更新操作的效率。
请参考图1，图1为本申请实施例所提供的一种IO模块的固件更新方法的流程图。
本实施例中，该方法可以包括：
S101，FPGA根据接收到的硬件模块编程文件进行烧录，得到在线更新模块；
本步骤旨在FPGA根据接收到的硬件模块编程文件烧录出在线更新模块。
对IO模块进行固件更新操作，主要是将新的固件文件写入至IO模块的存储器中。现有技术中，无论采用何种固件更新方式，均需要技术人员在现场对IO模块进行手动连接，然后将固件更新文件写入至IO模块的存储器中，以便实现IO模块的更新操作。在其他技术方案中，还会在IO模块中加入新的模块用于接收固件更新文件，也就是在硬件层面需要对IO模块进行修改才能完成固件更新操作。
本实施例中为了避免对硬件进行操作，降低IO模块固件更新难度，采用了IO模块中一般设置有的FPGA，使该FPGA根据接收到的硬件模块编程文件进行烧录，得到在线更新模块。也就是，通过FPGA在对IO模块不进行改动的情况下，在IO模块中加入新的模块，以便实现更新操作。
其中，在线更新模块主要是用于对IO模块进行在线更新的模块。也就是，可以通过远程在线的方式实现IO模块更新操作。避免技术人员必须要到现场的限制，降低IO模块固件更新的难度。
具体的，本步骤中的在线更新模块可以包括两个部分。其中，一个部分是用于接收更新文件的部分，另一个部分是用于根据该更新文件执行更新操作的部分。因此，对应的硬件模块编程文件中也会包括这两个部分。进一步的，为了提高固件更新的性能或者安全性，还可以对在线更新模块中的两个部分进行细化。
因此，本步骤在中的在线更新模块包括：
从站协议栈、软核处理器、读写控制器以及配置控制器。
其中，从站协议栈用于通过与外部数据模块建立连接，以便通过远程的方式获取到固件更新文件，其中，软核处理器、读写控制器以及配置控制器用于根据固件更新文件对IO模块执行更新操作。
S102，当接收到固件更新指令时，控制在线更新模块与外部数据模块建立远程通讯连接，并接收固件更新文件；
在S101的基础上，本步骤在当接收到固件更新指令后，通过该在线更新模块从外部数据模块中接收到固件更新文件。可见，通过该在线更新模块，IO模块可以通过远程在线的方式从外部数据模块中获取到固件更新文件。
其中，外部数据模块可以是通过预设协议进行远程连接的设备，也可以是通过预设协议在总线结构中连接的设备，还可以是通过网络与IO模块进行连接的设备，在此不做具体限定。可见，无论外部数据模块具体形是什么，都可以通过远程数据连接的方式与在线更新模块进行连接，以便将固件更新文件进行传输。
本步骤可以包括：
步骤1，当接收到固件更新指令时，控制从站协议栈与外部数据模块建立非周期远程通讯连接；
步骤2，从站协议栈根据预设协议内容接收固件更新文件。
可见，本可选方案中主要是当对IO模块进行固件更新时，首先控制在线更新模块中的从站协议栈与外部数据模块建立非周期远程通讯连接，然后以预设协议内容接收该固件更新文件。
本可选方案中采用非周期远程通讯连接可以避免对其他的周期连接干扰，提高数据传输的安全性，同时在执行更新操作时，还可以传输其他数据，不占用IO模块的正常数据通信。
S103，根据固件更新文件执行更新操作。
在S102的基础上，本步骤旨在通过在线更新模块根据该固件更新文件执行更新操作，以便实现对IO模块进行更新。本步骤中，由于已经获取到固件更新文件，那么可以采用不同的方式根据该固件更新文件执行更新操作。无论采用什么更新操作，本步骤中的固件更新文件都是通过在线更新模块获取到的，而不是技术人员在现场向IO模块输入的固件更新文件。
可选的，本步骤可以包括：
步骤1，控制软核处理器对固件更新文件进行校验；
步骤2，当校验通过时，软核处理器控制读写控制器将固件更新文件写入存储器，以便完成更新操作。
可见，本可选方案中主要是控制该软核处理器对接收到的固件更新文件进行校验，避免接收到的错误的固件更新文件，提高固件更新操作的成功率。当校验通过时，就可以控制该读写控制器将固件更新文件写入IO模块的存储器中，以便完成固件更新操作。
可选的，本步骤还可以包括：
当固件更新文件写入完成时，控制配置控制器对固件更新文件执行加载操作。
本可选方案中，主要是当固件更新文件写入到存储器后，通过配置控制器以便将新的固件文件进行配置加载操作，以便使该IO模块使用新的固件文件。
综上，本实施例通过根据接收到的硬件模块编程文件在FPGA中烧录出具有在线固件更新的在线更新模块，然后当接收到固件更新指令时，控制该在线更新模块与外部数据模块建立通讯连接，并接收固件更新文件，而不是将IO模块拆开后连接数据传输装置再向IO模块发送固件更新文件，简化了IO模块获取固件更新文件的方式，避免对在现场对IO模块进行操作，也避免了对IO模块进行拆卸，最后直接根据该固件更新文件执行更新操作，降低了对IO模块进行固件更新的难度，提高了固件更新操作的效率。
以下通过另一具体的实施例，对本申请提供的一种IO模块的固件更新方法做进一步说明。
本实施例中，由于提前对IO模块中的FPGA烧录进不同的模块，以便实现在线固件更新。具体的，本实施例中包括：
外部数据模块，用于通过Profbus-DP总线与远程IO模块相连，通过发送周期，以及非周期请求，与IO模块建立通讯关系。其中待升级固件数据备拆分为DP数据包，分配到DP轮询周期的非周期时段发送；
Profbus-DP从站协议栈，用于完成协议的解析，并应答主站的周期与非周期请求，其中远程更新通过非周期通讯完成，定义特殊的服务号来区别正常的非周期通讯，因此在远程更新过程中，并不会对正常的工作过程造成干扰；
其中，Profbus-DP是一种现场总线协议，用在工厂自动化的应用中，可以由中央控制器控制许多的传感器及执行器，也可以利用标准或选用的诊断机能得知各模块的状态。
Nios软核处理器，用于将模块Profbus-DP从站协议栈收到的数据进行CRC校验，如果校验正确则将数据缓冲组合，并反馈给主站，等待后续数据，如果CRC校验错误，反馈给主站进行重发。收取的数据满足FLASH扇区字节长度时，将数据写给FLASH控制器；其中，Nios软核处理器是INTEL公司推出的采用哈佛结构、具有32位指令集的第二代片上可编程的软核处理器。
FLASH读写控制器，将Nios软核数据写入FLASH存储器；
FLASH存储器，保存FPGA逻辑与Nios的编程代码，即固件更新文件；
FPGA配置模块，当更新数据接收完毕，并且全部写入FLASH，且校验正确后，触发本模块，使得FLASH中的数据重新加载，生效运行；
Quartus编程器，将初始POF文件通过JTAG烧写FLASH，其中包括了Profbus-DP从站协议栈、Nios软核处理器、FLASH读写控制器以及FPGA配置模块。
在以上各个功能模块的基础上，本实施例的方法可以包括：
步骤1，出厂初始化配置，写入原始固件；
步骤2，接收更新pof镜像文件，通过PROBUS-DP的自定义非周期通讯，接收配置文件，并校验；
步骤3，更新FLASH CFM(Configuration flash memory配置闪存)，Nios软核处理器通过FLASH读写控制器，将固件写入FLASH；
步骤4，触发FPGA重配置，从FLASH加载最新编程文件，完成远程固件更新操作。
其中，Nios软核处理器具体可以是Nios II软核处理器。
可见，本实施例通过根据接收到的硬件模块编程文件在FPGA中烧录出具有在线固件更新的在线更新模块，然后当接收到固件更新指令时，控制该在线更新模块与外部数据模块建立通讯连接，并接收固件更新文件，而不是将IO模块拆开后连接数据传输装置再向IO模块发送固件更新文件，简化了IO模块获取固件更新文件的方式，避免对在现场对IO模块进行操作，也避免了对IO模块进行拆卸，最后直接根据该固件更新文件执行更新操作，降低了对IO模块进行固件更新的难度，提高了固件更新操作的效率。
下面对本申请实施例提供的一种IO模块的固件更新装置进行介绍，下文描述的一种IO模块的固件更新装置与上文描述的一种IO模块的固件更新方法可相互对应参照。
请参考图2，图2为本申请实施例所提供的一种IO模块的固件更新装置的结构示意图。
本实施例中，该装置可以包括：
更新硬件烧录模块100，用于根据接收到的硬件模块编程文件进行烧录，得到在线更新模块；
更新文件接收模块200，用于当接收到固件更新指令时，控制在线更新模块与外部数据模块建立远程通讯连接，并接收固件更新文件；
更新操作执行模块300，用于根据固件更新文件执行更新操作。
可选的，该更新文件接收模块200，可以包括：
通讯连接建立单元，用于当接收到固件更新指令时，与外部数据模块建立非周期远程通讯连接；
更新文件接收单元，用于根据预设协议内容接收固件更新文件。
可选的，该更新操作执行模块300，可以包括：
文件校验单元，用于对固件更新文件进行校验；
更新操作执行单元，用于当校验通过时，将固件更新文件写入存储器，以便完成更新操作。
本申请实施例还提供一种IO设备，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序时实现如以上实施例所述的固件更新方法的步骤。
本申请实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如以上实施例所述的固件更新方法的步骤。
该计算机可读存储介质可以包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-OnlyMemory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
以上对本申请所提供的一种IO模块的固件更新方法、固件更新装置、IO设备以及计算机可读存储介质进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种IO模块的固件更新方法，其特征在于，包括：
FPGA根据接收到的硬件模块编程文件进行烧录，得到在线更新模块；
当接收到固件更新指令时，控制所述在线更新模块与外部数据模块建立远程通讯连接，并接收固件更新文件；
根据所述固件更新文件执行更新操作。
2.根据权利要求1所述的固件更新方法，其特征在于，所述在线更新模块包括从站协议栈、软核处理器、读写控制器以及配置控制器。
3.根据权利要求2所述的固件更新方法，其特征在于，当接收到固件更新指令时，控制所述在线更新模块与外部数据模块建立远程通讯连接，并接收固件更新文件，包括：
当接收到所述固件更新指令时，控制所述从站协议栈与所述外部数据模块建立非周期远程通讯连接；
所述从站协议栈根据预设协议内容接收所述固件更新文件。
4.根据权利要求2所述的固件更新方法，其特征在于，根据所述固件更新文件执行更新操作，包括：
控制所述软核处理器对所述固件更新文件进行校验；
当校验通过时，所述软核处理器控制所述读写控制器将所述固件更新文件写入存储器，以便完成更新操作。
5.根据权利要求4所述的固件更新方法，其特征在于，还包括：
当所述固件更新文件写入完成时，控制所述配置控制器对所述固件更新文件执行加载操作。
6.一种IO模块的固件更新装置，其特征在于，包括：
更新硬件烧录模块，用于根据接收到的硬件模块编程文件进行烧录，得到在线更新模块；
更新文件接收模块，用于当接收到固件更新指令时，控制所述在线更新模块与外部数据模块建立远程通讯连接，并接收固件更新文件；
更新操作执行模块，用于根据所述固件更新文件执行更新操作。
7.根据权利要求6所述的固件更新装置，其特征在于，所述更新文件接收模块，包括：
通讯连接建立单元，用于当接收到所述固件更新指令时，与所述外部数据模块建立非周期远程通讯连接；
更新文件接收单元，用于根据预设协议内容接收所述固件更新文件。
8.根据权利要求6所述的固件更新装置，其特征在于，所述更新操作执行模块，包括：
文件校验单元，用于对所述固件更新文件进行校验；
更新操作执行单元，用于当校验通过时，将所述固件更新文件写入存储器，以便完成更新操作。
9.一种IO设备，其特征在于，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序时实现如权利要求1至5任一项所述的固件更新方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至5任一项所述的固件更新方法的步骤。
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| 胡汉春: "《机车电传动与控制》", 中国铁道出版社, pages: 346 - 353 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113867771A (zh) * | 2021-09-29 | 2021-12-31 | 哈尔滨工程大学 | 一种基于fpga的远程固件升级方法 |
| CN113867771B (zh) * | 2021-09-29 | 2024-05-24 | 哈尔滨工程大学 | 一种基于fpga的远程固件升级方法 |
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