CN111290765A - 一种固件快速烧录方法、系统及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种固件快速烧录方法、系统及存储介质，该固件快速烧录方法包括：步骤1：固件布局及代码编写；步骤2：制作压缩版的固件；步骤3：使用烧录工具烧录压缩版的固件；步骤4：程序上电启动，解压压缩版的固件，并将解压后的固件烧录到指定位置。本发明的有益效果是：本发明在方便固件管理和不增加烧录成本的前提下，将烧录时间成倍缩短。
Description
技术领域
本发明涉及芯片技术领域，尤其涉及一种固件快速烧录方法、系统及存储介质。
背景技术
使用单片机开发带GUI界面的系统应用时，由于增加了图片、字体等资源文件，生成的固件一般非常大。固件大小从几兆到几十兆不等，主要取决于添加资源文件的多少。如果直接使用该固件进行生产烧录，烧录时间必然非常长，这将导致生产效率低下，生产成本高等问题。经测算，使用ST-LINK烧录一个12MB的固件，大概需要2分20秒。
带GUI界面的单片机产品，由于要存放很多资源文件，我们一般会在单片机外部挂一颗外部Flash。开发期间，我们会将图片等大型资源文件直接放到外部Flash中，而将逻辑代码存放于单片机内部Flash中。开发完后，使用Keil/IAR/GCC等IDE工具编译生成，我们可以得到一个整机烧录固件(包括内部Flash固件和外部Flash固件)。
针对这类固件，现有固件烧录方案如下：
方案一：使用ST-LINK、J-LINK等烧录工具，结合外部External Loader程序，直接将固件(含内部Flash程序和外部Flash程序)烧录到芯片内部Flash和芯片外部Flash中。
方案二：将固件拆分成内部Flash固件和外部Flash固件，然后分别进行烧录。外部Flash固件在SMT贴片前先使用Flash编程器烧录好。内部Flash固件在SMT后，直接使用ST-LINK、J-LINK等烧录工具烧录。
方案三：和方案二类似，唯一的不同是，内部Flash程序也在SMT贴片前通过芯片烧录机器烧录好。
现有技术方案有如下缺点：
方案一：烧录时间非常长，生产效率低，生产成本高。经测算，使用ST-LINK烧录一个12MB的固件，大概需要2分20秒。
方案二：内外部Flash必须一一对应，分开烧录，容易出错。且外部Flash需在SMT前单独烧录，会增加烧录成本。
方案三：内外部Flash必须一一对应，分开烧录，容易出错。且内外部Flash均单独烧录，会增加烧录成本。
发明内容
本发明提供了一种固件快速烧录方法，包括依次执行如下步骤：
步骤1：固件布局及代码编写；
步骤2：制作压缩版的固件；
步骤3：使用烧录工具烧录压缩版的固件；
步骤4：程序上电启动，解压压缩版的固件，并将解压后的固件烧录到指定位置。
作为本发明的进一步改进，在所述步骤1中，在固件布局时，将程序分成Bootloader和User Application，所述User Application包括资源文件，将所述UserApplication拆分为业务逻辑部分和资源文件部分，将业务逻辑部分存放于内部Flash中，将资源文件部分放到芯片外部Flash中；在所述步骤1中，在代码编写时，为资源文件指定ExtFlashSection属性，在链接时，给ExtFlashSection指定和外部Flash对应的链接地址。
作为本发明的进一步改进，经过固件布局后，固件结构为：在芯片内部Flash中包括Bootloader.bin、Herder、User Application的业务逻辑部分，在芯片外部Flash中存放User Application的资源文件部分。
作为本发明的进一步改进，所述步骤2包括：
步骤2.1：根据ExtFlashSection代码段，对User Application编译后得到的ELF文件进行拆分，ELF文件移除ExtFlashSection代码段后的bin文件即为要烧于芯片内部Flash的User Application固件Inner.bin，ELF文件仅保留ExtFlashSection代码段后的bin文件即为要烧于芯片外部Flash的固件External.bin；
步骤2.2：对Inner.bin和External.bin分别进行压缩，得到Inner.bin.lzo和External.bin.lzo；
步骤2.3：将Inner.bin.lzo和External.bin.lzo拼接在一起，并添加Header索引表；
步骤2.4：将Bootloader.bin和步骤2.3得到的固件拼接到一起，得到最终的压缩版的固件。
作为本发明的进一步改进，在所述步骤2.1中，包括如下步骤：首先，开发人员编写User Application代码，然后，使用IDE工具编译生成User Application固件，最后，使用objcopy工具对User Application固件进行拆分，分成需要烧录到芯片内部Flash的UserApplication固件Inner.bin和需要烧录到芯片外部Flash的User Application固件External.bin；
在所述步骤2.2中，使用miniLZO对Inner.bin和External.bin分别进行压缩，得到Inner.bin.lzo和External.bin.lzo；
在所述步骤2.3中，Header索引表记录着固件存储位置、固件类型、固件大小、固件压缩状态、固件完整性校验码。
作为本发明的进一步改进，所述Bootloader.bin生成包括：首先，开发人员编写Bootloader代码，然后使用IDE工具编译生成Bootloader固件，最后得到Bootloader.bin；
在所述步骤2.4中，最终的压缩版的固件包括Bootloader.bin、Header、Inner.bin.lzo和External.bin.lzo。
作为本发明的进一步改进，所述步骤4包括：
步骤4.1：芯片上电启动，运行Bootloader，读取Header；
步骤4.2：判断已烧录的User Application是否处于压缩状态，如果是，那么执行步骤4.3，否则跳转到User Application执行正常的业务层逻辑；
步骤4.3：先解压External.bin.lzo，再解压Inner.bin.lzo，解压成功后，直接跳转到User Application执行正常的业务层逻辑。
作为本发明的进一步改进，解压Inner.bin.lzo时，将其直接解压到内存中，确保解压出来的内容无误后，，再将其写入芯片内部Flash中，覆盖压缩文件；即使Inner.bin比较大，不能直接放于芯片内存中，将其解压到芯片外部Flash未使用的区段，然后确保解压后的数据无误后，再将其复制到芯片内部Flash中。
作为本发明的进一步改进，所述步骤4.3包括：
步骤a：检查External.bin.lzo完整性；
步骤b：判断External.bin.lzo是否完好无损，若是，那么执行步骤c，否则为固件异常，退出；
步骤c：解压External.bin.lzo，并将其烧录到单片机外部Flash中；
步骤d：判断烧录是否成功，若是，那么执行步骤e，否则为硬件异常，退出；
步骤e：检查Inner.bin.lzo完整性；
步骤f：判断Inner.bin.lzo是否完好无损，若是，那么执行步骤g，否则为固件异常，退出；
步骤g：解压Inner.bin.lzo，并将其烧录到单片机内部Flash中；
步骤h：判断烧录是否成功，若是，那么执行步骤i，否则为硬件异常，退出；
步骤i：烧录完成，更新Header信息，然后跳转到User Application执行正常的业务层逻辑。
本发明还提供了一种固件快速烧录系统，包括：
布局编写模块：用于固件布局及代码编写；
固件压缩模块：用于制作压缩版的固件；
压缩版固件烧录模块：用于使用烧录工具烧录压缩版的固件；
解压烧录模块：用于程序上电启动，解压压缩版的固件，并将解压后的固件烧录到指定位置。
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序配置为由处理器调用时实现本发明所述的固件快速烧录方法的步骤。
本发明的有益效果是：本发明在方便固件管理和不增加烧录成本的前提下，将烧录时间成倍缩短。
附图说明
图1是未压缩的固件结构示意图；
图2是制作压缩版的固件的流程图；
图3是本发明步骤4的流程图。
具体实施方式
本发明公开了一种固件快速烧录方法，本发明的目的就是在方便固件管理，不增加烧录成本的前提下，将烧录时间成倍缩短。
本发明的基本思想是：
1.固件烧录时间由两部分组成：固件传输时间和固件写入时间。
2.固件传输时间：在传输速率一定的情况下，固件传输时间取决于固件大小，我们可以压缩技术，将固件缩小。
3.固件写入时间：在Flash工作频率一定的情况下，固件写入时间主要取决于Flash擦除和写入速度。单片机内部Flash擦除和写入时间快于外部Flash，我们可以将压缩版的固件先烧录到内部Flash中。烧录完毕后，程序第一次启动时，设备可以自动将压缩版的固件，解压后烧录到指定位置(我们可利用设备在传送带上传输的时间完成这部分工作)。
一般一个12MB的固件，采用这种方法压缩后，能缩减到1MB，时间将缩减到原来的1/10左右。
本发明的固件快速烧录方法由四个阶段组成：
步骤1：固件布局及代码编写；
步骤2：制作压缩版的固件；
步骤3：使用烧录工具(烧录工具包括ST-LINK、J-LINK等)烧录压缩版的固件；
步骤4：程序上电启动，解压压缩版的固件，并将解压后的固件烧录到指定位置。
步骤1，固件布局及代码编写的详细实现如下：
本发明使用了压缩方案来缩减固件大小，由于压缩后的固件，直接烧录到芯片中是无法运行的，因此我们在固件布局时，将程序分成两块：Bootloader和UserApplication。在步骤2中，制作压缩版的固件时，我们只压缩User Application，而不会压缩Bootloader。在步骤4中，芯片上电后，会执行Bootloader，Bootloader负责检查UserApplication是否处于压缩状态，如果处于压缩状态，则将其解压，然后跳转到解压后的User Application执行程序。如果User Application未处于压缩状态，则直接跳转到UserApplication执行程序。
User Application由于包含了很多图片等资源文件，一般都会非常大。直接将整个User Application放到芯片内部Flash不现实，因此我们将User Application拆分为两部分：业务逻辑部分和资源文件部分。将业务逻辑部分存放于内部Flash中，将资源文件部分放到芯片外部Flash中。在编写代码时，我们为图片等资源文件指定“ExtFlashSection”属性，在链接时，给“ExtFlashSection”指定和外部Flash对应的链接地址。
经过上述固件布局后，将得到如图1所示的固件结构(未压缩)。
步骤2：制作压缩版的固件的详细实现如下：
步骤2.1，User Application固件拆分：虽然我们为User Application业务逻辑和资源文件指定了不同的链接地址，将其存放到不同的Section中。但IDE编译出来的始终是一个文件，因此我们需要对其拆分开来。方法为：根据“ExtFlashSection”代码段，使用objcopy工具，对User Application编译后得到的ELF文件(可执行可链接格式，ExecutableLinkable Format)进行拆分。ELF文件移除“ExtFlashSection”代码段后的bin文件即为要烧于芯片内部Flash的User Application固件(Inner.bin)。ELF文件仅保留“ExtFlashSection”代码段后的bin文件即为要烧于芯片外部Flash的固件(External.bin)。
步骤2.2，压缩：使用LZO算法对Inner.bin和External.bin进行压缩，得到Inner.bin.lzo和External.bin.lzo。
步骤2.3，拼接：将Inner.bin.lzo和External.bin.lzo拼接在一起，并添加Header索引表(记录着固件存储位置、固件类型、固件大小、固件压缩状态、固件完整性校验码等信息)
步骤2.4，将Bootloader.bin和上一步(步骤2.3)得到的固件拼接到一起，得到最终的压缩版的固件。
如图2所示，在所述步骤2.1中，包括如下步骤：首先，开发人员编写UserApplication代码，然后，使用IDE工具(IDE工具包括Keil或IAR或GCC)编译生成UserApplication固件，最后，使用objcopy工具对User Application固件进行拆分，分成需要烧录到芯片内部Flash的User Application固件Inner.bin和需要烧录到芯片外部Flash的User Application固件External.bin。
在所述步骤2.2中，使用miniLZO对Inner.bin和External.bin分别进行压缩，得到Inner.bin.lzo和External.bin.lzo。
在所述步骤2.3中，Header索引表记录着固件存储位置、固件类型、固件大小、固件压缩状态、固件完整性校验码。
所述Bootloader.bin生成包括：首先，开发人员编写Bootloader代码，然后使用IDE工具(IDE工具包括Keil或IAR或GCC)编译生成Bootloader固件，最后得到Bootloader.bin。
在所述步骤2.4中，最终的压缩版的固件包括Bootloader.bin、Header、Inner.bin.lzo和External.bin.lzo。
步骤3：使用烧录工具烧录压缩版的固件的详细实现如下：
使用ST-LINK、J-LINK等烧录卡，将压缩版的固件烧录到指定位置，如0x08000000。(不管芯片内部是否已有固件都可以烧录成功)
步骤3没什么特别的地方，和常规烧录内部Flash固件的方法一样，不属于本发明专利的核心，因此不做过多说明。
步骤4：程序上电启动，解压压缩版的固件，并将解压后的固件烧录到指定位置的详细实现如下：
步骤4.1：芯片上电启动，运行Bootloader，读取Header(固件索引头)；
步骤4.2：判断已烧录的User Application是否处于压缩状态，如果是，那么执行步骤4.3，否则跳转到User Application执行正常的业务层逻辑；
步骤4.3：先解压External.bin.lzo，再解压Inner.bin.lzo，解压成功后，直接跳转到User Application执行正常的业务层逻辑。
之所以先解压External.bin.lzo是因为外部Flash未被任何人占用，可以直接使用。而内部Flash被压缩文件External.bin和Inner.bin.lzo使用，直接解压Inner.bin.lzo，将其写入内部Flash中，会将还未解压的外部固件External.bin.lzo擦掉。
由于Inner.bin一般比较小，解压Inner.bin.lzo时，我们可以将其直接解压到内存中，确保解压出来的内容无误后，再将其写入内部Flash中，覆盖压缩文件。即使Inner.bin比较大，不能直接放于芯片内存中，我们也可以将其解压到外部Flash未使用的区段，然后确保解压后的数据无误后，我们再将其copy到内部Flash中。
如图3是所示，步骤4.3包括：
步骤a：检查External.bin.lzo完整性；
步骤b：判断External.bin.lzo是否完好无损，若是，那么执行步骤c，否则为固件异常，退出；
步骤c：解压External.bin.lzo，并将其烧录到单片机外部Flash中；
步骤d：判断烧录是否成功，若是，那么执行步骤e，否则为硬件异常，退出；
步骤e：检查Inner.bin.lzo完整性；
步骤f：判断Inner.bin.lzo是否完好无损，若是，那么执行步骤g，否则为固件异常，退出；
步骤g：解压Inner.bin.lzo，并将其烧录到单片机内部Flash中；
步骤h：判断烧录是否成功，若是，那么执行步骤i，否则为硬件异常，退出；
步骤i：烧录完成，更新Header信息，然后跳转到User Application执行正常的业务层逻辑。
本发明中图2和图3中的User App是User Application的缩写，User App和UserApplication表示同一含义。
本发明还公开了一种固件快速烧录系统，包括：
布局编写模块：用于固件布局及代码编写；
固件压缩模块：用于制作压缩版的固件；
压缩版固件烧录模块：用于使用烧录工具烧录压缩版的固件；
解压烧录模块：用于程序上电启动，解压压缩版的固件，并将解压后的固件烧录到指定位置。
本发明还公开了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序配置为由处理器调用时实现本发明所述的固件快速烧录方法的步骤。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种固件快速烧录方法，其特征在于，包括依次执行如下步骤：
步骤1：固件布局及代码编写；
步骤2：制作压缩版的固件；
步骤3：使用烧录工具烧录压缩版的固件；
步骤4：程序上电启动，解压压缩版的固件，并将解压后的固件烧录到指定位置。
2.根据权利要求1所述的固件快速烧录方法，其特征在于，在所述步骤1中，在固件布局时，将程序分成Bootloader和User Application，所述User Application包括资源文件，将所述User Application拆分为业务逻辑部分和资源文件部分，将业务逻辑部分存放于内部Flash中，将资源文件部分放到芯片外部Flash中；在所述步骤1中，在代码编写时，为资源文件指定ExtFlashSection属性，在链接时，给ExtFlashSection指定和外部Flash对应的链接地址；
经过固件布局后，固件结构为：在芯片内部Flash中包括Bootloader.bin、Herder、UserApplication的业务逻辑部分，在芯片外部Flash中存放User Application的资源文件部分。
3.根据权利要求2所述的固件快速烧录方法，其特征在于，所述步骤2包括：
步骤2.1：根据ExtFlashSection代码段，对User Application编译后得到的ELF文件进行拆分，ELF文件移除ExtFlashSection代码段后的bin文件即为要烧于芯片内部Flash的User Application固件Inner.bin，ELF文件仅保留ExtFlashSection代码段后的bin文件即为要烧于芯片外部Flash的固件External.bin；
步骤2.2：对Inner.bin和External.bin分别进行压缩，得到Inner.bin.lzo和External.bin.lzo；
步骤2.3：将Inner.bin.lzo和External.bin.lzo拼接在一起，并添加Header索引表；
步骤2.4：将Bootloader.bin和步骤2.3得到的固件拼接到一起，得到最终的压缩版的固件。
4.根据权利要求3所述的固件快速烧录方法，其特征在于，在所述步骤2.1中，包括如下步骤：首先，开发人员编写User Application代码，然后，使用IDE工具编译生成UserApplication固件，最后，使用objcopy工具对User Application固件进行拆分，分成需要烧录到芯片内部Flash的User Application固件Inner.bin和需要烧录到芯片外部Flash的User Application固件External.bin；
在所述步骤2.2中，使用miniLZO对Inner.bin和External.bin分别进行压缩，得到Inner.bin.lzo和External.bin.lzo；
在所述步骤2.3中，Header索引表记录着固件存储位置、固件类型、固件大小、固件压缩状态、固件完整性校验码。
5.根据权利要求4所述的固件快速烧录方法，其特征在于，所述Bootloader.bin生成包括：首先，开发人员编写Bootloader代码，然后使用IDE工具编译生成Bootloader固件，最后得到Bootloader.bin；
在所述步骤2.4中，最终的压缩版的固件包括Bootloader.bin、Header、Inner.bin.lzo和External.bin.lzo。
6.根据权利要求5所述的固件快速烧录方法，其特征在于，所述步骤4包括：
步骤4.1：芯片上电启动，运行Bootloader，读取Header；
步骤4.2：判断已烧录的User Application是否处于压缩状态，如果是，那么执行步骤4.3，否则跳转到User Application执行正常的业务层逻辑；
步骤4.3：先解压External.bin.lzo，再解压Inner.bin.lzo，解压成功后，直接跳转到User Application执行正常的业务层逻辑。
7.根据权利要求6所述的固件快速烧录方法，其特征在于，解压Inner.bin.lzo时，将其直接解压到内存中，确保解压出来的内容无误后，，再将其写入芯片内部Flash中，覆盖压缩文件；即使Inner.bin比较大，不能直接放于芯片内存中，将其解压到芯片外部Flash未使用的区段，然后确保解压后的数据无误后，再将其复制到芯片内部Flash中。
8.根据权利要求6或7所述的固件快速烧录方法，其特征在于，所述步骤4.3包括：
步骤a：检查External.bin.lzo完整性；
步骤b：判断External.bin.lzo是否完好无损，若是，那么执行步骤c，否则为固件异常，退出；
步骤c：解压External.bin.lzo，并将其烧录到单片机外部Flash中；
步骤d：判断烧录是否成功，若是，那么执行步骤e，否则为硬件异常，退出；
步骤e：检查Inner.bin.lzo完整性；
步骤f：判断Inner.bin.lzo是否完好无损，若是，那么执行步骤g，否则为固件异常，退出；
步骤g：解压Inner.bin.lzo，并将其烧录到单片机内部Flash中；
步骤h：判断烧录是否成功，若是，那么执行步骤i，否则为硬件异常，退出；
步骤i：烧录完成，更新Header信息，然后跳转到User Application执行正常的业务层逻辑。
9.一种固件快速烧录系统，其特征在于，包括：
布局编写模块：用于固件布局及代码编写；
固件压缩模块：用于制作压缩版的固件；
压缩版固件烧录模块：用于使用烧录工具烧录压缩版的固件；
解压烧录模块：用于程序上电启动，解压压缩版的固件，并将解压后的固件烧录到指定位置。
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存储有计算机程序，所述计算机程序配置为由处理器调用时实现权利要求1-9中任一项所述的固件烧录方法的步骤。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| CB02 | Change of applicant information |
Address after: Baoan District Xin'an street Shenzhen city Guangdong province 518000 Hing Road No. 38 East Community left three of Xingda business center 302 Applicant after: MAXEYE SMART TECHNOLOGIES Co.,Ltd. Address before: Room 6008, Chuangxingda Business Building, 38 Liuxian Third Road, Xinan Street, Baoan District, Shenzhen City, Guangdong Province Applicant before: MAXEYE SMART TECHNOLOGIES Co.,Ltd. |
|
| CB02 | Change of applicant information | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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