CN111897560A - 基于NB-IoT模块的程序升级系统、方法、设备以及存储介质 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于NB‑IoT模块的程序升级系统，包括MCU处理器，所述MCU处理器连接至NB模块，所述NB模块通过基站和核心网连接至IoT平台，所述IoT平台与远程服务器端通信连接；所述MCU处理器连接至CAN收发器，所述CAN收发器连接至CAN端口，所述CAN端口通过USB转CAN模块以及USB线缆连接至PC端，所述PC端还通过USB线缆和USB转串口模块连接至MCU处理器。本发明选用低功耗和覆盖广的NB‑IoT进行远程程序升级，NB‑IoT数据直接上传到云端，非常精确，而且可以兼容利用原有的总线协议的BootLoader实现程序下载，保留其使用的同时扩展了操作范围，实现现场和远程程序升级两者皆可。

Description

基于NB-IoT模块的程序升级系统、方法、设备以及存储介质
技术领域
本发明属于嵌入式系统领域，具体涉及基于NB-IoT模块的程序升级系统、方法、设备以及存储介质。
背景技术
传统电机控制器程序升级，为了避免连接硬件传输指令去重新烧写程序，可以通过CAN 或者其他串口协议的Bootloader实现程序下载，或者通过蓝牙、wife无线网络进行远程升级。
但上述方法在连接总线人工现场操作时非常复杂，且Wi-Fi、蓝牙等技术收集的数据准确率很低、耗电量大，且整体设备的成本较高。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了基于NB-IoT模块的程序升级系统、方法、设备以及存储介质，选用低功耗和覆盖广的NB-IoT进行远程程序升级，将数据直接上传到云端，非常精确，而且可以兼容利用原有的总线协议的BootLoader，实现程序下载，保留其使用的同时扩展了操作范围，实现现场和远程程序升级两者皆可。
本发明的技术方案如下所示：
基于NB-IoT模块的程序升级系统，包括MCU处理器，所述MCU处理器连接至NB模块，所述NB模块通过基站和核心网连接至IoT平台，所述IoT平台与远程服务器端通信连接；所述MCU处理器连接至CAN收发器，所述CAN收发器连接至CAN端口，所述CAN端口通过USB转CAN模块以及USB线缆连接至PC端，所述PC端还通过USB线缆和USB转串口模块连接至MCU处理器。
优选的，所述CAN收发器通过CAN_RX和CAN_TX连接至MCU的CAN引脚，所述CAN收发器通过CAN_H和 CAN_L连接至所述CAN端口，所述USB转串口模块通过UART_RX和UART_TX连接至MCU处理器的UART1引脚。
优选的，所述NB模块包括NB-IoT模组、滤波天线电路、SIM卡座，所述NB-IoT模组分别与滤波天线电路、SIM卡座相连接，所述NB-IoT模组通过UART连接至MCU处理器的UART2引脚。
优选的，所述MCU处理器中包括flash存储区，所述flash存储区由上至下依次包括Boot loader存储区、应用程序APP存储区、标记区。
优选的，所述Boot loader存储区包括Bootloader的向量表和Bootloader程序，所述应用程序APP存储区包括主函数起始处重新定位的App的中断向量表和APP程序，所述标记区包括APP验证码和IAP验证码。
本发明还提供了基于NB-IoT模块的程序升级方法，基于NB-IoT模块的程序升级系统，包括以下步骤：
S1：MCU处理器上电复位，从Bootloader向量表的复位向量处取得程序的入口地址，初始化flash，CAN，UART和系统定时器，并进行中断设置，系统计时器开始计时；初始化Bootloader协议，并进行NB-IoT模组的AT指令入网；
S2：MCU处理器发送带有APP验证码的连接请求至PC端或远程服务器端，由PC端或远程服务器端来判断APP验证码是否正确；
S3：若APP验证码正确，PC端或远程服务器端判断MCU处理器在等待延时期间是否接收到更新指令，需要更新则进入步骤S4，否进入步骤S8；若APP验证码错误，则判断MCU处理器需要更新并进入步骤S4；
S4：PC端或远程服务器端发送包含新的APP验证码的连接指令至MCU处理器，MCU处理器在接收到PC端或远程服务器端的连接指令，停止计时，BootLoader连接成功，MCU处理器回复连接响应；
S5：PC端或远程服务器端将APP应用程序的二进制文件解析成地址和数据的组合，通过写扇区命令将地址和数据打包发送到MCU处理器；
S6：MCU处理器接收PC端或远程服务器端发送的数据，接收完成后进行CRC校验，若结果正确则擦除相应的flash区域并写入应用程序的二进制文件，结果错误则返回步骤S5请求重发数据；
S7：程序成功写入后，PC端或远程服务器端发送包含IAP验证码的写IAP验证码命令至MCU处理器，MCU处理器接收命令后在flash区域中写入IAP验证码；
S8：在MCU处理器中验证 Bootloader是否满足进入应用程序的预设条件，是则恢复所有外部设备，关闭所有中断，跳转到新的复位中断复位向量，执行APP复位中断服务程序，随后跳转main函数运行应用程序，否则进入步骤S9；
S9：Bootloader不满足进入应用程序的预设条件，若MCU处理器处于接收到更新指令的状态下，则等待接收新命令；若MCU处理器处于未接收到更新指令的状态下，进入死循环函数。
优选的，NB模块和MCU处理器通过UART连接，设备通过串口，使用AT指令集进行数据下发和应答响应，所有的数据指令和应答响应均以AT指令集格式传输。
优选的，所述程序升级系统在升级过程中还包括错误检查机制，具体为：MCU处理器接收到指令时，对指令进行解析后回应答，应答中最后一字节的数值对应着指令的状态，通过最后一字节的数值对应着应答执行成功与否，MCU处理器对错误的次数进行计数，错误的次数超过预先设置的次数，则MCU处理器重新启动。
本发明还提供一种用户设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述基于NB-IoT模块的程序升级方法的步骤。
本发明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存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述基于NB-IoT模块的程序升级方法的步骤。
本发明的有益效果为：
1、布局和成本考虑，提出选用低功耗和覆盖广的NB-IoT进行远程程序升级，将数据直接上传到云端，很精确，而且可以兼容利用原有的总线协议的BootLoader，实现程序下载，保留其使用的同时扩展了操作范围，实现现场和远程程序升级两者皆可；
2、本发明通过NB-IoT小数据量和重复发送的保证了数据准确和稳定性，完成控制器程序的烧写。
3、本发明通过监控云平台的数据发送状态，以及服务器端的软件开发来实时显示升级状态，可以对数据丢失或传输错误及时发现，并建立错误处理机制。
附图说明
图1为本发明实施例的系统连接示意图。
图2为为本发明实施例的NB模块连接示意图。
具体实施方式
下面将结合说明书附图对本发明的实施例进行详细说明。
如图1所示，一种基于NB-IoT模块的程序升级系统，包括MCU处理器、NB模块、IoT平台、远程服务器端、CAN收发器、CAN端口、USB转CAN模块、USB转串口模块和PC端。
其中PC端经USB线缆连接至USB转CAN模块、USB转串口模块，USB转CAN模块经CAN端口连接至CAN收发器，CAN端口和CAN收发器通过CAN_H和 CAN_L两根信号线相连接，USB转串口模块通过UART_RX和UART_TX连接至MCU处理器的UART1引脚，MCU处理器连接至NB模块，NB模块通过基站和核心网连接至IoT平台，IoT平台与远程服务器端通信连接。
作为本发明的一种实施例，如图2所示，NB模块包括NB-IoT模组、滤波天线电路、复位电路和SIM卡座，NB-IoT模组分别与滤波天线电路、复位电路和SIM卡座相连接，MCU处理器的UART2引脚通过UART连接至NB-IoT模组。
作为本发明的一种实施例，MCU处理器中包括flash存储区，flash存储区由上至下依次包括Boot loader存储区、应用程序APP存储区、标记区；Boot loader存储区包括Bootloader的向量表和Bootloader程序，应用程序APP存储区包括主函数起始处重新定位的App的中断向量表和APP程序，标记区包括APP验证码和IAP验证码。
本系统可使用CAN协议或UART协议来实现现场连接的程序升级的过程，也可以通过远程服务器端、云平台和NB模块来实现远程控制的程序升级。
本发明实施例还提供了一种基于NB-IoT模块的程序升级方法，利用上述的基于NB-IoT模块的程序升级系统，下述的上位机为PC端或远程服务器端，PC端和远程服务器端中都包含上位机程序，包括以下步骤：
1、MCU上电复位，从Bootloader向量表的复位向量处取得程序的入口地址，即Bootloader 的入口地址。经过必要硬件外设（包括CAN、 uart、flash、定时器等等）的初始化、中断设置等。初始化BootLoader协议，然后AT指令入网，完成所有准备工作。MCU在复位后就开始计时（所以才需要系统定时器），上发连接请求（包含APP验证码，相当于应用程序的版本号）然后进入循环等待上位机命令，命令可以来自原来的连接端口，或者是NB模块接收的来自上位机服务器程序给的命令。其中使用PC端-CAN收发器时，中断设置为打开对应的需要连接的CAN接收中断，使用PC端-USB转串口连接时打开对应的UART接收中断；使用NB模块的远程升级系统时打开UART接收中断，将中断中接收的的指令进行从AT指令对应的的接收格式中提取出来，然后进行Bootloader协议解析执行。
2、上位机则对APP验证码进行检查，会有回复正确或错误应答（包含正确的APP验证码）至MCU，如果正确且需要更新程序，上位机就发送包含新的APP验证码连接指令（即正确应答），MCU在2s内（时间可以编程设置，看具体情况）接收到上位机的连接指令，表示BootLoader连接成功，MCU回复连接响应，若2s内（时间可以编程设置，看具体情况）通信循环中等待命令超时，MCU没有接收到上位机的连接命令，则进入第4步；如果APP验证码错误，上位机发出包含正确的APP验证码额连接指令（即错误应答），MCU接收到上位机的连接指令，表示BootLoader连接成功，MCU回复连接响应。只有在开机2秒内（时间可以编程设置，看具体情况）连接成功才能下载程序，然后BootLoader程序等待其他指令的到达。
3、之后上位机按照制定的协议指令，MCU执行BootLoader的擦写flash扇区命令，对于接收到上位机发送的固件二进制文件后进行校验，每接收到一次数据，就进行一次数据校验计算，并将计算得到的校验值与接收到校验值进行比较。若相同，表示接受正确。就进行一次flash烧写到APP区域，并将烧写结果应答给上位机；当上位机收到最后一次烧写结果的应答后，发送写IAP验证码指令（带有IAP验证码）指令至MCU，MCU接收指令并在flash区域写入IAP验证码。通过Bootloader写扇区代码时，不对Iap验证码进行烧写。整个固件程序成功写入后才通过“写IAP校验码命令”对该地址进行写操作，表示更新的程序正确完成。
4、检查Bootloader进入应用程序的四个验证条件，条件如下所示：
1）、堆栈指针在设置的数据存储器范围内；
2）、有应用程序，即应用代码空间是否包含有效二进制可执行代码；
3）、APP验证码正确；
4）、IAP验证码正确；
其中验证码正确则跳转，如果验证码不正确：
a）、在MCU收到连接命令的状态下，等待接收新命令。
b）、在MCU未接收到连接命令的状态下，进入死循环函数。
满足上述验证条件时，恢复所有外设的初始值，失能所有使用外设的中断。跳转至APP的复位向量表， 取出APP的复位中断向量的地址，执行APP的复位中断服务程序，最后跳转至APP的main函数。main函数起始处重新定位中断向量表，APP程序结尾处写入时APP验证码，标志着此版本的整个APP程序可以正常运行。
程序升级过程中开启错误检查机制，MCU处理器接收到指令时，对指令进行解析后回应答，应答中最后一字节的数值对应着指令的状态，通过最后一字节的数值对应着应答执行成功与否，MCU处理器对错误的次数进行计数，错误的次数超过预先设置的次数，则MCU处理器重新启动。例如在跳转到APP执行的命令中，MCU发的应答的最后一字节BYTE7：0x00-跳转正常，0x01-验证码错误，0x02-堆栈地址错误，0x03-没有应用程序；还如写扇区命令的应答最后一字节BYTE7：0x0-写成功，01-写flash失败，03-校验失败，0x10-命令错误等。
上述步骤中上电启动进入BootLoader，当从Bootloader启动后，会对系统进行一些必要的初始化，如flash，CAN，UART等，NB模块入网连接到IoT平台流程，远程服务器端收到IoT平台通知后，数据可以正常收发。
NB模块和控制器MCU通过UART连接，设备通过串口，使用AT指令集进行数据下发和应答响应。所有的数据指令和应答响应均以AT指令集格式传输。传输过程中的命令和应答。
NB-IoT传输速率虽然不及4G等无线网络，但对于电机控制器程序的flash烧写完全满足了。
作为本发明的一种实施例，还提供了一种用户设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器中并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述方法的步骤。
作为本发明的一种实施例，本发明还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种基于NB-IoT模块的程序升级系统，其特征在于，包括MCU处理器，所述MCU处理器连接至NB模块，所述NB模块通过基站和核心网连接至IoT平台，所述IoT平台与远程服务器端通信连接；所述MCU处理器连接至CAN收发器，所述CAN收发器连接至CAN端口，所述CAN端口通过USB转CAN模块以及USB线缆连接至PC端，所述PC端还通过USB线缆和USB转串口模块连接至MCU处理器。
2.根据权利要求1所述的基于NB-IoT模块的程序升级系统，其特征在于，所述CAN收发器通过CAN_RX和CAN_TX连接至MCU的CAN接口，所述CAN收发器通过CAN_H和 CAN_L连接至所述CAN端口，所述USB转串口模块通过UART_RX和UART_TX连接至MCU处理器的UART1引脚。
3.根据权利要求1所述的基于NB-IoT模块的程序升级系统，其特征在于，所述NB模块包括NB-IoT模组、滤波天线电路、SIM卡座，所述NB-IoT模组分别与滤波天线电路、SIM卡座相连接，所述NB-IoT模组通过UART连接至MCU处理器的UART2引脚。
4.根据权利要求1所述的基于NB-IoT模块的程序升级系统，其特征在于，所述MCU处理器中包括flash存储区，所述flash存储区由上至下依次包括Bootloader存储区、应用程序APP存储区、标记区。
5.根据权利要求4所述的基于NB-IoT模块的程序升级系统，其特征在于，所述Bootloader存储区包括Bootloader的向量表和Bootloader程序，所述应用程序APP存储区包括主函数起始处重新定位的App的中断向量表和APP程序，所述标记区包括APP验证码和IAP验证码。
6.一种基于NB-IoT模块的程序升级方法，基于权利要求1-5所述的基于NB-IoT模块的程序升级系统，其特征在于，包括以下步骤：
S1：MCU处理器上电复位，从Bootloader向量表的复位向量处取得程序的入口地址，初始化flash，CAN，UART和系统定时器，并进行中断设置，系统计时器开始计时；初始化Bootloader协议，并进行NB-IoT模组的AT指令入网；
S2：MCU处理器发送带有APP验证码的连接请求至PC端或远程服务器端，由PC端或远程服务器端来判断APP验证码是否正确；
S3：若APP验证码正确，PC端或远程服务器端判断MCU处理器在等待延时期间是否接收到更新指令，需要更新则进入步骤S4，否进入步骤S8；若APP验证码错误，则判断MCU处理器需要更新并进入步骤S4；
S4：PC端或远程服务器端发送包含新的APP验证码的连接指令至MCU处理器，MCU处理器在接收到PC端或远程服务器端的连接指令，停止计时，BootLoader连接成功，MCU处理器回复连接响应；
S5：PC端或远程服务器端将APP应用程序的二进制文件解析成地址和数据的组合，通过写扇区命令将地址和数据打包发送到MCU处理器；
S6：MCU处理器接收PC端或远程服务器端发送的数据，接收完成后进行CRC校验，若结果正确则擦除相应的flash区域并写入应用程序的二进制文件，结果错误则返回步骤S5请求重发数据；
S7：程序成功写入后，PC端或远程服务器端发送包含IAP验证码的写IAP验证码命令至MCU处理器，MCU处理器接收命令后在flash标记区区域中写入IAP验证码；
S8：在MCU处理器中验证 Bootloader是否满足进入应用程序的预设条件，是则恢复所有外部设备，关闭所有中断，跳转到新的复位中断复位向量，执行APP复位中断服务程序，随后跳转main函数运行应用程序，否则进入步骤S9；
S9：Bootloader不满足进入应用程序的预设条件，若MCU处理器处于接收到更新指令的状态下，则等待接收新命令；若MCU处理器处于未接收到更新指令的状态下，进入死循环函数。
7.根据权利要求6所述的基于NB-IoT模块的程序升级方法，其特征在于，所述
NB模块和MCU处理器通过UART连接，设备通过串口，使用AT指令集进行数据下发和应答响应，所有的数据指令和应答响应均以AT指令集格式传输。
8.根据权利要求6所述的基于NB-IoT模块的程序升级方法，其特征在于，所述程序升级系统在升级过程中还包括错误检查机制，具体为：MCU处理器接收到指令时，对指令进行解析后回应答，应答中最后一字节的数值对应着指令的状态，通过最后一字节的数值对应着应答执行成功与否，MCU处理器对错误的次数进行计数，错误的次数超过预先设置的次数，则MCU处理器重新启动。
9.一种用户设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求6至8任一项所述方法的步骤。
10.一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，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求6至8任一项所述方法的步骤。
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