CN111142909A - 基于xc7z045芯片实现can网络远程升级的终端、方法和系统 - Google Patents

基于xc7z045芯片实现can网络远程升级的终端、方法和系统 Download PDF

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Abstract

本申请揭示了一种基于XC7Z045芯片实现CAN网络远程升级的终端、方法和系统,属于计算机技术领域。该系统包括升级服务器和终端,升级服务器与终端通过CAN总线进行通讯连接,升级服务器通过CAN总线下终端发送操作系统升级指令、系统升级数据包和程序升级数据包;终端根据操作系统升级指令修改系统升级参考电路的状态,根据系统升级数据包对操作系统进行升级,根据程序升级数据包对相关的应用程序进行升级。本申请通过在升级服务器和xilinx XC7Z045芯片之间设置CAN总线,升级服务器可以通过CAN总线向xilinx XC7Z045芯片发送系统升级指令以及系统升级数据包,在避免使用以太网的同时,简化了设备复杂度,使系统的接口体积更小,重量更轻,成本更低。

Description

基于XC7Z045芯片实现CAN网络远程升级的终端、方法和系统
技术领域
本发明属于计算机技术领域,尤其涉及一种基于XC7Z045芯片实现CAN网络远程升级的终端、方法和系统。
背景技术
目前,对操作系统的应用要求越来越高(小型化、信息化、网络化、数字化及高可靠性、高性能方面),实现的功能越来越多,增加功能意味着要增加更多的器件或增加器件的功能及性能,这样势必造成整体方案漏洞、接口的增加,同时增加了软件的复杂度,有些软件漏洞是无法提前预知的,为了及时修复更新各种漏洞和文件,同时如何裁剪这些漏洞对外资源是一个长期研究的工作。
传统操作系统以及软件更新一般采用以太网的设备方式,然而以太网的接口相对复杂,而且成本也比较高,如果一些设备对接口体积大小有严格要求,那么以太网有时就很难满足需求。
发明内容
为了解决相关技术中利用以太网接口实现系统软件更新时,以太网的接口相对复杂,成本也比较高的问题,本申请提供了一种基于XC7Z045芯片实现CAN网络远程升级的终端和系统,基于XC7Z045核心芯片,利用一片QSPI Flash和EMMC存储芯片,QSPI Flash存储Boot文件,系统更新参考电路以及看门狗复位电路,使系统的接口体积更小,重量更轻,成本更低。
为了解决上述技术问题,本发明提供了如下的技术方案:
第一方面,本申请提供了一种基于XC7Z045芯片实现CAN网络远程升级的终端,包括:xilinx XC7Z045芯片、DDR3内存、QSPI Flash存储芯片、EMMC存储芯片、看门狗和系统升级参考电路,其中:
所述DDR3内存、所述QSPI Flash存储芯片、所述EMMC存储芯片、所述看门狗和所述系统升级参考电路均与所述xilinx XC7Z045芯片电性连接;
所述xilinx XC7Z045芯片通过CAN总线与远程的升级服务器进行通讯连接;
在上电启动所述xilinx XC7Z045芯片后,所述QSPI Flash存储芯片中FSBL根据所述系统升级参考电路的状态确定是否对操作系统进行升级。
可选的,所述xilinx XC7Z045芯片通过所述CAN总线接收所述升级服务器发送的操作系统升级指令,修改所述系统升级参考电路的状态。
可选的,所述FSBL在确定对操作系统进行升级后,预先设定的升级模块通过所述CAN总线从所述升级服务器获取操作系统的系统升级数据包,根据所述系统升级数据包对所述操作系统的相应文件进行替换,停止向所述看门狗进行喂狗动作。
可选的,所述FSBL在确定不对操作系统进行升级后,所述QSPI Flash存储芯片中的boot文件继续引导启动当前的操作系统。
可选的,所述升级模块获取所述系统升级数据包中的数据标识和数据内容,根据所述数据内容对所述操作系统中与所述数据标识对应的系统文件进行更新升级。
可选的,所述看门狗向所述xilinx XC7Z045芯片发送复位指令;
所述xilinx XC7Z045芯片在接收到所述复位指令后,读取所述QSPI Flash存储芯片中的boot文件以重启操作系统,完成操作系统的升级。
可选的,在所述升级模块对所述操作系统升级完成后,所述xilinx XC7Z045芯片将升级后的操作系统镜像至所述EMMC存储芯片,以替换所述EMMC存储芯片中原有的操作系统。
可选的,在操作系统启动运行后,所述xilinx XC7Z045芯片通过所述CAN总线获取所述操作系统中包含的应用程序的程序升级数据包,所述操作系统根据所述程序升级数据包对相关的应用程序进行升级。
第二方面,本申请还提供了一种基于XC7Z045芯片实现CAN网络远程升级的方法,该方法应用于如第一方面以及第一方面各种可选方式中提供的终端中,该方法包括:
在上电启动所述xilinx XC7Z045芯片后,控制所述QSPI Flash存储芯片中FSBL获取所述系统升级参考电路的状态,以确定是否对操作系统进行升级;
在确定对操作系统进行升级后,通过所述CAN总线从所述升级服务器获取操作系统的系统升级数据包,对操行系统进行升级的后续流程;
在确定不对操作系统进行升级后,继续引导启动当前的操作系统。
可选的,所述对操行系统进行升级的后续流程,包括:
根据所述系统升级数据包对所述操作系统的相应文件进行替换,停止向所述看门狗进行喂狗动作;
接收所述看门狗发送的复位指令;
读取所述QSPI Flash存储芯片中的boot文件以重启操作系统,完成操作系统的升级。
第三方面,本申请还提供了一种基于XC7Z045芯片实现CAN网络远程升级的系统,包括升级服务器和如第一方面以及第一方面各种可选方式中提供的终端,所述升级服务器与所述终端通过CAN总线进行通讯连接,其中:
所述升级服务器通过所述CAN总线下所述终端发送操作系统升级指令、系统升级数据包和程序升级数据包;
所述终端根据所述操作系统升级指令修改系统所述升级参考电路的状态,根据所述系统升级数据包对操作系统进行升级,根据所述程序升级数据包对相关的应用程序进行升级。
基于上述技术方案,本申请至少实现如下有益效果:
通过在升级服务器和xilinx XC7Z045芯片之间设置CAN总线以实现两者之间的通信,这样,升级服务器可以通过CAN总线向xilinx XC7Z045芯片发送系统升级指令以及系统升级数据包,在避免使用以太网的同时,简化了设备复杂度,使系统的接口体积更小,重量更轻,成本更低。
应当理解的是,以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的,并不能限制本发明。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分,示出了符合本发明的实施例,并与说明书一起用于解释本发明的原理。
图1是本申请一部分实施例中提供的基于XC7Z045芯片实现CAN网络远程升级的系统的结构示意图;
图2是本申请一个实施例中提供的基于XC7Z045芯片实现CAN网络远程升级的方法的流程示意图;
图3是本申请另一个实施例中提供的基于XC7Z045芯片实现CAN网络远程升级的方法的流程示意图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明,其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时,除非另有表示,不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反,它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。
系统软件远程升级使得系统具有较强适应性、多样性和可靠性,特别是对系统资源严格要求的网络设备系统,对系统软件的防御性、安全性和可靠性要求非常高,为了抵抗外部工具复杂而且未知环境,在设计系统时会实时修复和更新系统软件对抗方案,这样大大的提高了系统的防御能力;未来网络战争和信息化战争比较复杂,网络或者电磁攻击比较多,对系统运行的干扰比较大,为了保证系统正常的工作运作,采用CAN远程更新的技术应对软件相关漏洞,如果发现攻击漏洞系统能够提前预知并且能够及时修复,从而不会影响系统的正常的运转,为未来网络和黑客对抗建立相应的基石。
传统系统软件更新一般采用以太网的设备方式,然而以太网的接口相对复杂,而且成本也比较高,如果一些设备对接口体积大小有严格要求,那么以太网有时就很难满足需求;如果利用CAN总线的方式进行通信,CAN总线接口简单可靠性高,能够满足绝大多数低速可靠性小型化网络设备的需求。在产品效能与小型化的需求带动下,如何降低设备的设计和应用成本,以及降低设计的周期和难度,于是使用XC7Z045设计的应用系统,利用CAN总线接口通信,根据需要可以在一个CAN总线接口系统的情况下完成系统的数据安全可靠传输。目的在于将一个系统所需的组件整合到一个硬件上;而XC7Z045则是由系统的应用立场出发,将不同或者相同的功能软件系统整合于一个套硬件系统中。
于是如何实现软件操作系统远程调试、防御攻击、更新和修复,这个功能相对负复杂的系统,在一个硬件系统上的实现成为一个研究方向。基于此,本申请提出了一种基于XC7Z045芯片实现CAN网络远程升级的终端和系统。
图1是本申请部分实施例中提供的通过CAN网络远程升级操作系统的系统的结构示意图,该系统包括升级服务器10和终端20,这里所讲的升级服务器10可以是具备向终端20下方操作系统升级指令以及数据包的设备,比如PC机、服务器,甚至可以是多功能的路由器等。
这里的升级服务器10可以与终端20通过CAN总线进行通讯连接,通过CAN总线进行通讯连接后,避免了以太网通讯,简化了设备复杂度,使系统的接口体积更小,重量更轻,成本更低。
升级服务器10可以通过CAN总线下终端20发送操作系统升级指令、系统升级数据包和程序升级数据包。
对应的,终端20可以根据操作系统升级指令修改系统升级参考电路的状态,根据系统升级数据包对操作系统进行升级,根据程序升级数据包对相关的应用程序进行升级。
仍旧参见图1所示,本申请提供的终端20可以包括:xilinx XC7Z045芯片21、DDR3内存22、QSPI Flash存储芯片23、EMMC存储芯片24、看门狗25和系统升级参考电路26。
DDR3内存22、QSPI Flash存储芯片23、EMMC存储芯片24、看门狗25和系统升级参考电路26均与xilinx XC7Z045芯片21电性连接。
xilinx XC7Z045芯片21通过CAN总线与远程的升级服务器10进行通讯连接。
xilinx XC7Z045芯片21是系统的核心,运行操作系统和相应的软件;QSPI Flash存储芯片23存储系统的Boot文件,主要包括FSBL和UBoot等;EMMC存储芯片24主要存储操作系统镜像、应用软件以及文件系统等;看门狗25主要是完成系统复位和操作系统启动引导;当操作系统运行出现异常,软件算法模块会根据异常情况,停止给看门狗25喂狗动作,看门狗25对系统进行复位,看门狗25有个输出引脚连接到xilinx XC7Z045芯片21, xilinxXC7Z045芯片21复位启动过程中会根据系统更新电路的状态去做相应的系统更新任务。
图2是本申请一个实施例中提供的基于XC7Z045芯片实现CAN网络远程升级的方法的流程示意图,该方法应用于如图1所示的终端20中,该方法包括如下步骤:
步骤201,终端上电,启动xilinx XC7Z045芯片;
步骤202,根据系统升级参考电路的状态确定是否对操作系统进行升级;
在终端20上电后,xilinx XC7Z045芯片21启动,读取QSPI Flash存储芯片23中的boot文件,QSPI Flash存储芯片23中的FSBL获取系统升级参考电路26的状态,以确定是否对操作系统进行升级。
通常,升级服务器10在需要对终端20的操作系统进行升级时,需要向终端20下发操作系统升级指令,此时,升级服务器10可以主动地通过CAN总线向终端20发送操作系统升级指令。对应的,终端20的xilinx XC7Z045芯片21通过CAN总线接收升级服务器10发送的操作系统升级指令,修改系统升级参考电路26的状态。
举例来讲,xilinx XC7Z045芯片21对系统升级参考电路26的输入引脚的信号进行修改,以使系统升级参考电路26的输出引脚改变。比如,当系统升级参考电路26的输出引脚为00时,表示不对操作系统进行升级,当系统升级参考电路26的输出引脚为11时,表示需要对操作系统进行升级。
FSBL根据系统升级参考电路26的输出引脚的状态确定是否对操作系统进行升级。
步骤203,在确定对操作系统进行升级后,通过CAN总线从升级服务器获取操作系统的系统升级数据包,对操作系统进行升级的后续流程;
在确定对操作系统进行升级后,QSPI Flash存储芯片23中预先设定的升级模块所对应的代码开始执行,通过CAN总线从升级服务器10获取操作系统的系统升级数据包,根据系统升级数据包对操作系统的相应文件进行替换,停止向看门狗进行喂狗动作。
为了便于终端20区分升级服务器10发送的数据包的类型以及需要升级操作系统中哪一部分的系统文件,升级服务器10向终端20发送的用于升级操作系统的数据包中可以包含数据标识和数据内容。这里所讲的数据标识一般用于唯一标识操作系统中的系统文件。
一种实现中,升级模块在获取到系统升级数据包之后,对系统升级数据包进行解析,以获取系统升级数据包中的数据标识和数据内容,根据数据内容对操作系统中与数据标识对应的系统文件进行更新升级。
另一种实现中,xilinx XC7Z045芯片21在获取到系统升级数据包之后,对系统升级数据包进行解析,以获取系统升级数据包中的数据标识和数据内容,将获取的数据标识和数据内容发送给升级模块,升级模块根据数据内容对操作系统中与数据标识对应的系统文件进行更新升级。
请参见图3所示,是本申请另一个实施例中提供的基于XC7Z045芯片21实现CAN网络远程升级的方法的流程示意图,步骤203在对操行系统进行升级时,包括如下步骤:
步骤203a,通过CAN获取系统升级数据包,停止喂狗动作;
在确定对操作系统进行升级后,QSPI Flash存储芯片23中预先设定的升级模块所对应的代码开始执行,通过CAN总线从升级服务器10获取操作系统的系统升级数据包,根据系统升级数据包对操作系统的相应文件进行替换,停止向看门狗进行喂狗动作。
步骤203b,接收看门狗发送的复位指令;
看门狗向xilinx XC7Z045芯片21发送操行系统的复位指令。
步骤203c,读取QSPI Flash存储芯片中的boot文件以重启升级后的操作系统;
在看门狗发送复位指令后,xilinx XC7Z045芯片21接收看门狗发送的复位指令,读取QSPI Flash存储芯片23中的boot文件以重启操作系统,完成操行提供的升级。
步骤204,在确定不对操作系统进行升级后,继续引导启动当前的操作系统。
FSBL在确定不对操作系统进行升级后,QSPI Flash存储芯片23中的boot文件继续引导启动当前的操作系统。
在操作系统升级完成后,基于XC7Z045芯片21实现CAN网络远程升级的方法还包括如下步骤:
步骤205,将升级后的操作系统镜像至EMMC存储芯片。
在升级模块对操作系统升级完成后,xilinx XC7Z045芯片21将升级后的操作系统镜像至EMMC存储芯片24,以替换EMMC存储芯片24中原有的操作系统。
在操作系统启动运行后,可能会需要对操行系统中需要升级的应用程序进行升级,此时,基于XC7Z045芯片21实现CAN网络远程升级的方法还包括如下步骤:
步骤206,操作系统启动运行后,对相关的应用程序进行升级。
不论是操作系统升级后重启的操作系统,还是无需升级操作系统时直接启动的操作系统,只要在操作系统启动运行后,xilinx XC7Z045芯片21均可以通过CAN总线获取操作系统中包含的应用程序的程序升级数据包,操作系统根据程序升级数据包对相关的应用程序进行升级。
同样的,程序升级数据包也可以包括程序标识和数据内容,操行提供根据数据内容对程序标识对应的应用程序进行升级。
由上可知,本申请根据其他启动技术设计原理,将系统启动的Boot文件存放在QSPI Flash中,u-boot和Linux操作系统镜像存储于EMMC中;硬件系统上电启动运行Bootrom程序,然后引导运行存储在QSPI Flash里面的FSBL,FSBL运行过程中会判断是否进行远程操作系统升级,如果需要远程操作系统升级则会进入升级模块,升级完成后通过看门狗复位,再次启动运行操作系统;而如果不需要远程操作系统升级则会进入操作系统启动流程,同时操作系统运行过程中会检测是否需要远程升级应用程序,如果需要则接收和更新应用程序。在XC7Z045的FSBL文件可以开启和应用CAN接收并且更新EMMC里的系统文件镜像,利用FSBL把EMMC挂载成fat文件设备,EMMC格式成fat文件系统设备。
本申请为了尽量减少系统外部资源、体积、设计成本以及提高系统的可靠性,将利用存储器件EMMC存储操作系统,利用一个QSPI存储Boot文件,利用不同的CAN ID分别接收和存储更新系统文件,BootROM是引导系统第一个启动程序,FSBL是引导u-boot和操作系统的第二步启动程序,系统上电启动XC7Z045读取BootROM并且运行FSBL,根据更新系统升级参考电路26的状态决定是否进入更新流程,这样设计的系统不仅设计架构简单,而且设计效率更高,可复用性更强,设计的理念更加先进,再利用软件算法的配合,使得简单的硬件系统发挥出最大的优势。
如果EMMC中的操作系统正在运行时,当前需要对运行的操作系统应用软件更新或者补丁,升级服务器10通过CAN总线接口发送相应ID的数据报,操作系统(比如Linux操作系统)会根据接收到的ID进行判断是否需要更新,并且更新那部分系统文件,当接收和更新任务已完成情况下,可以对外部看门狗进行复位重启操作。
如果系统文件损坏并且无法正常启动运行,那么这时可以通过系统更新参考电路和看门狗复位电路切换到FSBL去运行,在FSBL boot阶段对整个操作系统镜像文件进行更新升级,这样可以保证软件系统及时修复工作,从而能够保证整个系统的使用寿命和制造成本,让模块体积更小,可靠性强,重量更轻。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里发明的发明后,将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化,这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未发明的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的,本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是,本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构,并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种基于XC7Z045芯片实现CAN网络远程升级的终端,所述终端包括:xilinxXC7Z045芯片、DDR3内存、QSPI Flash存储芯片、EMMC存储芯片、看门狗和系统升级参考电路,其中:
所述DDR3内存、所述QSPI Flash存储芯片、所述EMMC存储芯片、所述看门狗和所述系统升级参考电路均与所述xilinx XC7Z045芯片电性连接;
所述xilinx XC7Z045芯片通过CAN总线与远程的升级服务器进行通讯连接;
在上电启动所述xilinx XC7Z045芯片后,所述QSPI Flash存储芯片中FSBL根据所述系统升级参考电路的状态确定是否对操作系统进行升级。
2.根据权利要求1所述的终端,其特征在于,所述xilinx XC7Z045芯片通过所述CAN总线接收所述升级服务器发送的操作系统升级指令,修改所述系统升级参考电路的状态。
3.根据权利要求1所述的终端,其特征在于,所述FSBL在确定对操作系统进行升级后,预先设定的升级模块通过所述CAN总线从所述升级服务器获取操作系统的系统升级数据包,根据所述系统升级数据包对所述操作系统的相应文件进行替换,停止向所述看门狗进行喂狗动作;
所述FSBL在确定不对操作系统进行升级后,所述QSPI Flash存储芯片中的boot文件继续引导启动当前的操作系统。
4.根据权利要求3所述的终端,其特征在于,所述升级模块获取所述系统升级数据包中的数据标识和数据内容,根据所述数据内容对所述操作系统中与所述数据标识对应的系统文件进行更新升级。
5.根据权利要求3所述的终端,其特征在于,所述看门狗向所述xilinx XC7Z045芯片发送复位指令;
所述xilinx XC7Z045芯片在接收到所述复位指令后,读取所述QSPI Flash存储芯片中的boot文件以重启操作系统,完成操作系统的升级。
6. 根据权利要求3所述的终端,其特征在于,在所述升级模块对所述操作系统升级完成后,所述xilinx XC7Z045芯片将升级后的操作系统镜像至所述EMMC存储芯片,以替换所述EMMC存储芯片中原有的操作系统。
7. 根据权利要求1-6中任一所述的终端,其特征在于,在操作系统启动运行后,所述xilinx XC7Z045芯片通过所述CAN总线获取所述操作系统中包含的应用程序的程序升级数据包,所述操作系统根据所述程序升级数据包对相关的应用程序进行升级。
8.一种基于XC7Z045芯片实现CAN网络远程升级的方法,其特征在于,所述方法应用于如权利要求1-7中任一所述的终端中,所述方法包括:
在上电启动所述xilinx XC7Z045芯片后,控制所述QSPI Flash存储芯片中FSBL获取所述系统升级参考电路的状态,以确定是否对操作系统进行升级;
在确定对操作系统进行升级后,通过所述CAN总线从所述升级服务器获取操作系统的系统升级数据包,对操行系统进行升级的后续流程;
在确定不对操作系统进行升级后,继续引导启动当前的操作系统。
9.根据权利要求8所述的方法,其特征在于,所述对操行系统进行升级的后续流程,包括:
根据所述系统升级数据包对所述操作系统的相应文件进行替换,停止向所述看门狗进行喂狗动作;
接收所述看门狗发送的复位指令;
读取所述QSPI Flash存储芯片中的boot文件以重启操作系统,完成操作系统的升级。
10.一种基于XC7Z045芯片实现CAN网络远程升级的系统,其特征在于,所述系统包括升级服务器和如权利要求1-7中任一所述的终端,所述升级服务器与所述终端通过CAN总线进行通讯连接,其中:
所述升级服务器通过所述CAN总线下所述终端发送操作系统升级指令、系统升级数据包和程序升级数据包;
所述终端根据所述操作系统升级指令修改系统所述升级参考电路的状态,根据所述系统升级数据包对操作系统进行升级,根据所述程序升级数据包对相关的应用程序进行升级。
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