CN111240726B - 一种嵌入式数据处理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种嵌入式数据处理系统，系统包括：第一通讯接口以及第二通讯接口；基础程序存储器，其配置为存储基础程序；应用程序存储器，其配置为存储应用程序；基础程序写入模块，其配置为将来自所述第一通讯接口的基础程序写入所述基础程序存储器；应用处理模块，其配置为调用所述应用程序进行数据处理操作；基础处理模块，其配置为调用并运行所述基础程序，通过所述第二通讯接口与远程主机建立网络通讯连接，接收来自所述远程主机的应用程序并将所述应用程序写入所述应用程序存储器。相较于现有技术，根据本发明的系统，可以拓展嵌入式系统的应用场景，提高嵌入式系统应用灵活度，降低嵌入式系统应用成本。

Description

一种嵌入式数据处理系统

技术领域

本发明涉及电子技术领域，具体涉及一种嵌入式数据处理系统。

背景技术

嵌入式设备一般指非PC的嵌入式计算机系统。其主要由嵌入式处理器、相关支撑硬件和嵌入式软件系统组成，它是集软硬件于一体的可独立工作的“器件”。嵌入式处理器主要由一个单片机或微控制器(MCU)组成。相关支撑硬件包括显示卡、存储介质(ROM和RAM等)、通讯设备、IC卡或信用卡的读取设备等。嵌入式系统有别于一般的计算机处理系统，它不具备像硬盘那样大容量的存储介质，而大多使用闪存(Flash Memory)作为存储介质。

嵌入式系统具有便利灵活、性能价格比高、嵌入性强等特点，可以嵌入到现有任何信息家电和工业控制系统中。从软件角度来看，嵌入式系统具有不可修改性、系统所需配置要求较低、系统专业性和实时性较强等特点。因此在现有技术环境中，嵌入式系统被广泛的应用于生产生活中。

但是，由于嵌入式系统的硬件配置特点以及软件存储的不可修改性，使得嵌入式系统的应用程序一旦写入就无法进行后续修改，这就无法实现软件的升级更新，在应用软件出错或者需要进行软件性能提升时只能连同硬件系统一并更换，这严重限制了嵌入式系统应用灵活性并大大提高了嵌入式系统的应用成本。

针对上述问题，在现有技术中，通常嵌入式系统开放了用于写入应用程序的调试接口，以便更新应用程序。然而，在现有技术中，嵌入式设备的调试接口一般采用JTAG接口。嵌入式设备一般的编程及更新程序的方法是通过调试仿真器将PC机并口转接至其JTAG接口，使用PC机下载软件实现对嵌入式设备的程序进行更新。该更新程序的方法存在以下问题：

1)由于JTAG接口的信号特点，下载线缆不能太长，否则会导致信号失真；

2)在嵌入式设备投入使用后，如果需要对软件进行更新升级，采用这种线缆方式必须将嵌入式设备的外壳打开，不便于系统的维护更新；

3)PC机下载软件更新程序时配置较为复杂。

发明内容

针对现有技术中嵌入式系统应用软件更新过程中存在的问题，为了提高应用软件更新效率、降低应用软件更新操作的难度，本发明提出了一种嵌入式数据处理系统，所述系统包括：

第一通讯接口以及第二通讯接口；

基础程序存储器，其配置为存储基础程序；

应用程序存储器，其配置为存储应用程序；

基础程序写入模块，其配置为将来自所述第一通讯接口的基础程序写入所述基础程序存储器；

应用处理模块，其配置为调用所述应用程序存储器存储的应用程序进行数据处理操作；

基础处理模块，其配置为调用并运行所述基础程序存储器存储的基础程序，通过所述第二通讯接口与远程主机建立网络通讯连接，接收来自所述远程主机的应用程序并将所述应用程序写入所述应用程序存储器。

在一实施例中，所述第一通讯接口为20PIN的JTAG边界扫描接口。

在一实施例中，所述第二通讯接口包括以太网通讯、WIFI无线通讯和/或蓝牙通讯接口。

在一实施例中，所述系统还包括串行通讯接口、SPI通讯接口和/或I2C通讯接口。

在一实施例中，所述系统还包括扩展接口，所述扩展接口配置为将所述应用处理模块的数字输入输出接口和/或计数器接口引出。

在一实施例中：

所述基础处理模块还配置为在所述系统启动时运行；

所述基础处理模块还配置为运行所述基础程序，基于所述基础程序启动所述应用处理模块。

在一实施例中，所述基础处理模块还配置为运行所述基础程序，检测所述应用程序存储器是否存储有所述应用程序，当所述应用程序存储器没有存储所述应用程序时通过所述第二通讯接口向所述远程主机输出应用程序下载申请。

在一实施例中，所述基础处理模块还配置为运行所述基础程序，监测所述第二通讯接口是否接收到软件更新指令，如果存在所述软件更新指令，则停止所述应用处理模块的运行并进行所述应用程序的更新，待应用程序更新完毕后启动所述应用处理模块。

在一实施例中，所述基础处理模块包括身份认证单元，所述身份认证单元配置为向所述远程主机验证自身身份和/或验证所述远程主机身份。

在一实施例中，所述系统包括：

嵌入式微处理器，其配置为构造所述应用处理模块以及所述基础处理模块；

存储芯片，其配置为构造所述基础程序存储器以及所述应用程序存储器；

调试接口，其配置为构造所述第一通讯接口以及所述基础程序写入模块；

外部通讯接口，其配置为构造所述第二通讯接口。

根据本发明的系统，可以简单快捷的实现嵌入式系统应用软件的更新；相较于现有技术，根据本发明的系统，可以拓展嵌入式系统的应用场景，提高嵌入式系统应用灵活度，降低嵌入式系统应用成本。

本发明的其它特征或优点将在随后的说明书中阐述。并且，本发明的部分特征或优点将通过说明书而变得显而易见，或者通过实施本发明而被了解。本发明的目的和部分优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的步骤来实现或获得。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是根据本发明一实施例的系统结构简图；

图2是根据本发明一实施例的系统运行流程图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此本发明的实施人员可以充分理解本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程并依据上述实现过程具体实施本发明。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

在现有技术中，通常嵌入式系统开放了用于写入应用程序的调试接口，以便更新应用程序。然而，在现有技术中，嵌入式设备的调试接口一般采用JTAG接口。嵌入式设备一般的编程及更新程序的方法是通过调试仿真器将PC机并口转接至其JTAG接口，使用PC机下载软件实现对嵌入式设备的程序进行更新。该更新程序的方法存在以下问题：

1)由于JTAG接口的信号特点，下载线缆不能太长，否则会导致信号失真；

2)在嵌入式设备投入使用后，如果需要对软件进行更新升级，采用这种线缆方式必须将嵌入式设备的外壳打开，不便于系统的维护更新；

3)PC机下载软件更新程序时配置较为复杂。

针对现有技术中嵌入式系统应用软件更新过程中存在的问题，为了提高应用软件更新效率、降低应用软件更新操作的难度，本发明提出了一种嵌入式数据处理系统。为了提高应用软件更新效率，本发明的系统中采用了与现有技术不同的数据接口来进行应用软件更新，该接口具备远程通信能力，从而使得应用软件可以基于远程的远程主机进行更新。

但是，软件的远程更新许可势必打破了嵌入式系统软件的不可修改性，这必然降低了系统安全性。并且，具备远程更新功能的软件的也就要求软件本身具备建立通讯、自身数据更新等功能，这必然会增加软件的复杂程度，从而提升了系统的硬件需求。

针对上述问题，在本发明的系统中，将系统的所有软件部分划分为两大类。一类为基础程序，一类为应用程序。基础程序具备远程通讯能力(包括建立通讯、数据交互)以及程序写入能力，可以利用基础程序实现应用程序的远程接收和本地写入，从而实现基于远程通讯的应用程序更新。进一步的，基础程序并不具备通过远程自身更新的能力，这就使得基础程序的结构大大简化。这样，在嵌入式系统投入应用前首先本地写入基础程序，然后就可以利用基础程序实现应用程序的远程写入。由于基础程序不参与程序更新，因此只需执行一次本地程序写入，大大提高了嵌入式系统的应用灵活性。同时，由于基础程序结构简单，本地程序写入的实施难度也被大大简化，操作稳定性得到明显保障。

接下来基于附图详细描述根据本发明实施例的系统结构以及系统运行的详细流程，附图的流程图中示出的步骤可以在包含诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。虽然在流程图中示出了各步骤的逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

针对上述设计主旨，在一实施例中，如图1所示，本发明的嵌入式数据处理系统包括：

通讯接口110以及通讯接口120；

基础程序存储器130，其配置为存储基础程序；

应用程序存储器140，其配置为存储应用程序；

基础程序写入模块150，其配置为将来自通讯接口110的基础程序(来自本地主机101)写入基础程序存储器130；

应用处理模块160，其配置为调用应用程序存储器140存储的应用程序进行数据处理操作；

基础处理模块170，其配置为调用并运行基础程序存储器130存储的基础程序，通过通讯接口120与远程主机100建立网络通讯连接，接收来自远程主机100的应用程序并将应用程序写入应用程序存储器140。

进一步的，在一实施例中，系统包括：

嵌入式微处理器，其配置为构造应用处理模块160以及基础处理模块170；

存储芯片，其配置为构造基础程序存储器130以及应用程序存储器140；

调试接口，其配置为构造通讯接口110以及基础程序写入模块150；

外部通讯接口，其配置为构造通讯接口120。

进一步的，在一实施例中，通讯接口110为20PIN的JTAG边界扫描接口。通过调试仿真器将本地PC机并口转接至通讯接口110，将嵌入式设备的基础程序刷入微处理器内部FLASH中。

进一步的，在一实施例中，通讯接口120包括以太网通讯、WIFI无线通讯和/或蓝牙通讯接口。

进一步的，在一实施例中，系统还包括串行通讯接口、SPI通讯接口和/或I2C通讯接口。

进一步的，在一实施例中，系统还包括扩展接口，所述扩展接口配置为将所述应用处理模块的数字输入输出接口和/或计数器接口引出。

进一步的，在一实施例中，在系统启动后，基础处理模块与应用处理模块同步启动。嵌入式系统通过应用处理模块运行应用程序来实现自身的应用功能。同时，基础处理模块运行基础程序监控是否需要进行应用程序的更新。

具体的，在一实施例中，基础程序只具备微处理器时钟模块、中断模块、以太网通信模块初始化的小程序。应用程序具备嵌入式设备所有功能的完整程序。

进一步的，在一实施例中，基础程序仅仅具备最低限度的远程通讯能力以及程序写入能力。在嵌入式系统启动时，应用处理模块启动，仅在需要进行应用软件的更新时才启动基础处理模块。这样可以最大限度的简化基础程序的结构，降低基础处理模块的硬件需求。然而，基础程序仅仅具备最低限度的远程通讯能力以及程序写入能力很大程度上会降低稳定性以及安全性。针对这一问题，在一实施例中，在尽量保证基础程序结构简洁度的前提下，为基础程序增加针对系统稳定性以及安全性的验证功能。

具体的，在一实施例中，为了避免启动冲突，基础处理模块与应用处理模块并不是同步启动。具体的，基础处理模块配置为在系统启动时运行；并且基础处理模块还配置为运行基础程序，基于基础程序启动应用处理模块。即，启动系统时首先启动基础处理模块，然后由基础处理模块启动应用处理模块。

进一步的，考虑到嵌入式系统在初次启动时应用程序尚未写入。在一实施例中，基础处理模块还配置为运行基础程序，检测应用程序存储器是否存储有应用程序，当应用程序存储器没有存储应用程序时通过第二通讯接口向远程主机输出应用程序下载申请。当应用程序存储器存储有应用程序时启动应用处理模块。

进一步的，为了防止应用程序存储器出现错误导致应用程序代码缺失，从而最终导致应用处理模块运行错误，在一实施例中，基础处理模块还配置为在检测应用程序存储器存储有应用程序后对应用程序代码进行代码正确性验证，只有通过验证才启动应用处理模块。如果代码验证出错，则通过第二通讯接口向远程主机输出应用程序下载申请，获取正确的程序代码。

进一步的，考虑到远程主机进行应用软件更新时，嵌入式系统很可能处于工作状态，为了避免程序运行冲突，在一实施例中，基础处理模块还配置为运行基础程序，监测第二通讯接口是否接收到软件更新指令(来自远程主机)，如果存在软件更新指令，则停止应用处理模块的运行并进行应用程序的更新，待应用程序更新完毕后启动应用处理模块。

具体的，如图2所示，在一实施例中，系统运行包括以下步骤：

S210，启动时首先上电、初始化；

S220，启动基础处理模块运行基础程序；

S230，检测应用程序存储器是否存储有应用程序，具体的，检测FLASH上应用程序地址段是否有程序；

如果没有，进入等待阶段，等待应用程序的写入，具体的，返回运行基础程序(S220)，循环进行应用程序的检测；

S240，如果有应用程序，启动应用处理模块，运行应用程序；

S241，在运行应用程序的过程中，等待远程主机的软件更新指令；

如果没有软件更新指令，则正常运行应用程序(执行步骤S240)；

S250，如果有软件更新指令，则停止应用程序的运行，跳回基础程序；

S260，运行基础程序，接收更新数据；

S261，判断更新数据是否接收完成；

如果没有完成，则继续接收更新数据；

S270，如果接收完成，则将接收到的数据覆盖原始的应用程序数据；

S280，判断应用程序是否被正确更新；

如果没有正确更新，重新接收更新数据(S260)；

如果正确更新，启动应用处理模块，运行更新后的应用程序(S240)。

具体的，在一实施例中，利用FLASH芯片构造基础程序存储器以及应用程序存储器。嵌入式设备上电初始化运行后，程序指针先跳转入基础程序，程序启动系统时钟、中断、以太网通信等功能模块并检测微处理器片内FLASH规定地址段是否有应用程序数据，发现应用程序后随即引导进入并运行应用程序。应用程序运行时实时检测与远程主机的以太网通信是否接收到更新指令。若远程主机需要进行远程更新，选择相应的更新包，确认后远程主机将通过以太网协议发送一条更新指令给嵌入式设备，嵌入式设备接收到更新指令将立即跳转回FLASH首地址的基础程序，并开始接收由远程主机发送的更新数据，接收完成后将擦除原应用程序的FLASH地址段并刷入更新的应用程序，更新完成后基础程序启动应用处理模块运行新的应用程序。

进一步的，在基础程序仅仅具备最低限度的远程通讯能力以及程序写入能力的情况下，应用程序的更新完全由远程主机所主导，这大大增加了非法用户侵入嵌入式系统的可能。因此，在一实施例中，基础处理模块包括身份认证单元，身份认证单元配置为验证远程主机身份。具体的，在基础处理模块建立与远程主机的通讯连接和/或接收远程主机发送的更新程序时，其首先要验证远程主机身份，在确定当前的远程主机具有合法权限时才进一步建立与远程主机的通讯连接和/或接收远程主机发送的更新程序。

进一步的，为了避免接收到错误的更新数据，在一实施例中，基础处理模块包括身份认证单元，身份认证单元配置为向远程主机验证自身身份。这样，远程主机在进行软件更新时就可以判断当前的嵌入式系统是否要进行软件更新以及该将那一份更新数据发送给当前的嵌入式系统。

进一步的，在实际应用场景中，嵌入式系统的软件分为基础代码层以及应用代码层两个部分，基础代码层与嵌入式系统的硬件直接匹配，其实现针对嵌入式系统的硬件的底层驱动(例如系统初始化、硬件接口调用等)。而应用代码层则是在基础代码层的基础上，通过调用基础代码层执行参数实现应用功能。

一般的，当嵌入式系统的硬件设计确定后，基础代码层是不需要进行升级改动的，通常进行升级更新的主要是应用代码层，因此，在一实施例中，将基础代码层划分到基础程序中。具体的，在系统启动时首先启动基础处理模块从而运行基础程序，在运行基础程序的基础上启动应用处理模块运行应用程序。应用程序以基础程序为自身的底层代码。这样，就可以进一步简化应用程序结构，减少需要更新的软件代码的数据量，降低软件更新所需编写的代码量，降低软件更新难度。

应该理解的是，本发明所公开的实施例不限于这里所公开的特定结构、处理步骤或材料，而应当延伸到相关领域的普通技术人员所理解的这些特征的等同替代。还应当理解的是，在此使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并不意味着限制。

说明书中提到的“一实施例”意指结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，说明书通篇各个地方出现的短语“一实施例”并不一定均指同一个实施例。

虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。本发明所述的方法还可有其他多种实施例。在不背离本发明实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明做出各种相应的改变或变形，但这些相应的改变或变形都应属于本发明的权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种嵌入式数据处理系统，其特征在于，所述系统包括：

第一通讯接口以及第二通讯接口；

基础程序存储器，其配置为存储基础程序；

应用程序存储器，其配置为存储应用程序；

基础程序写入模块，其配置为将来自所述第一通讯接口的基础程序写入所述基础程序存储器；

应用处理模块，其配置为调用所述应用程序存储器存储的应用程序进行数据处理操作；

基础处理模块，其配置为调用并运行所述基础程序存储器存储的基础程序，通过所述第二通讯接口与远程主机建立网络通讯连接，接收来自所述远程主机的应用程序并将所述应用程序写入所述应用程序存储器；

所述基础处理模块还配置为在所述系统启动时运行；

所述基础处理模块还配置为运行所述基础程序，基于所述基础程序启动所述应用处理模块；

所述基础处理模块还配置为运行所述基础程序，监测所述第二通讯接口是否接收到软件更新指令，如果存在所述软件更新指令，则停止所述应用处理模块的运行并进行所述应用程序的更新，待应用程序更新完毕后启动所述应用处理模块；

所述基础处理模块包括身份认证单元，所述身份认证单元配置为向所述远程主机验证自身身份和/或验证所述远程主机身份；在基础处理模块建立与远程主机的通讯连接和/或接收远程主机发送的更新程序时，其首先验证远程主机身份，在确定当前的远程主机具有合法权限时才建立与远程主机的通讯连接和/或接收远程主机发送的更新程序；远程主机在进行软件更新时先判断当前的嵌入式系统是否要进行软件更新以及要发送给当前的嵌入式系统的正确更新数据。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一通讯接口为20PIN的JTAG边界扫描接口。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第二通讯接口包括以太网通讯、WIFI无线通讯和/或蓝牙通讯接口。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括串行通讯接口、SPI通讯接口和/或I2C通讯接口。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括扩展接口，所述扩展接口配置为将所述应用处理模块的数字输入输出接口和/或计数器接口引出。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述基础处理模块还配置为运行所述基础程序，检测所述应用程序存储器是否存储有所述应用程序，当所述应用程序存储器没有存储所述应用程序时通过所述第二通讯接口向所述远程主机输出应用程序下载申请。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的系统，其特征在于，所述系统包括：

嵌入式微处理器，其配置为构造所述应用处理模块以及所述基础处理模块；

存储芯片，其配置为构造所述基础程序存储器以及所述应用程序存储器；

调试接口，其配置为构造所述第一通讯接口以及所述基础程序写入模块；

外部通讯接口，其配置为构造所述第二通讯接口。