CN112148322A - 一种升级与片上系统连接的单片机中固件的方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种升级与片上系统连接的单片机中固件的方法，该方法包括，在片上系统SOC侧，控制与所述SOC连接的至少一个单片机MCU进入升级模式，并建立SOC与所述MCU之间的通信链路；按照通信协议预先定义的传输数据包格式，将待升级的固件程序构建至少一个以上数据包，并将构建的所有数据包通过通信链路发送给所述MCU，使得所述MCU接收到所有数据包后获得待升级的固件程序，控制所述MCU按照所述待升级的固件程序进行复位重启。该方法借助SOC系统软件通过通信机制对MCU固件进行升级，方便用户升级MCU内部软件，提高了设备的扩展性以及稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及固件升级领域，特别地，涉及一种升级与片上系统连接的单片机中固件的方法。
背景技术
单片机(MCU)是把中央处理器(Central Process Unit；CPU)的频率与规格做适当缩减，并将内存(memory)、计数器(Timer)、USB、A/D转换、UART、PLC、DMA等周边接口，甚至LCD驱动电路都整合在单一芯片上，形成芯片级的计算机。片上系统(SOC)是一个具有专用功能的集成电路，其中包含完整系统并有嵌入软件的全部内容，能够支持庞大复杂的应用软件的运行。
随着硬件相关技术的发展以及用户对设备功能需求的变更，越来越多的单片机与片上系统相连接，以发挥片上系统的专用功能与MCU硬件操控功能的协同。例如，摄像机中片上系统用于获取和处理图像数据，MCU用于实现电池管理、图像检测唤醒、拍摄控制等功能。
尽管单片机与片上系统在硬件应用上有了融合，但仍有必要对MCU固件中的软件进行修改来完善设备功能，增强设备性能。由于MCU自身资源紧张，并不具备独立的软件升级功能，并且固件升级需要两种以上接口，要求较多,对MCU设备固件升级前必须预先烧录MCU程序才支持后续升级，无法支持MCU内无固件升级、以及无法支持MCU内坏固件的强制升级，这样，仍需要专业的工程技术人员携带含升级程序的装置去对MCU中的固件程序的升级，或者是直接更换掉电路板。这对于大量分布接入网络中的专用电子设备而言，导致了设备硬件维护的困难。
发明内容
本发明提供了一种针对与片上系统连接的单片机固件程序的升级方法，以方便设备的硬件维护。
本发明提供的一种升级与片上系统连接的单片机中固件方法是这样实现的：
一种升级与片上系统连接的单片机中固件方法，该方法包括，在片上系统SOC侧，
控制与所述SOC连接的至少一个单片机MCU进入升级模式，并建立SOC与所述MCU之间的通信链路；
按照通信协议预先定义的传输数据包格式，将待升级的固件程序构建至少一个以上数据包，并将构建的所有数据包通过通信链路发送给所述MCU，使得所述MCU接收到所有数据包后获得待升级的固件程序，
控制所述MCU按照所述待升级的固件程序进行复位重启。
其中，所述SOC的第一输入输出端与MCU的第一输入输出端相连，SOC的第二输入输出端与MCU的复位端相连，
所述控制与所述SOC连接的至少一个单片机MCU进入升级模式包括，通过所述SOC的第一输入输出端向所述MCU的第一输入输出端输出第一控制信号，使得MCU检测到该控制信号后进入升级模式。
较佳地，所述控制所述MCU按照所述待升级的固件程序进行复位重启包括，通过所述SOC的第二输入输出端向所述MCU的复位端输出第二控制信号，并通过所述SOC的第一输入输出端向MCU的第一输入输出端输出第三控制信号，使得MCU检测到所述第二控制信号、和第三控制信号后按照所述待升级的固件程序重启。
其中，所述片上系统SOC的通信端与单片机MCU的通信端相连，建立SOC与所述MCU之间的通信链路包括，
SOC通过通信端按照一定比特率向MCU的通信端发送握手比特数据，
根据接收到MCU通过通信端发送的握手成功的响应比特数据，建立SOC通信端与MCU通信端的通信链路。
较佳地，所述通信端为通用串行通信端，所述待升级的固件程序存储于SOC的存储器中，
所述按照通信协议预先定义的传输数据包格式，将待升级的固件程序构建至少一个以上数据包，并将构建的所有数据包发送给MCU包括，
从存储器中获取待升级的固件程序，将所述待升级的固件程序按照数据包格式构建数据包，其中，各个数据包至少包括起始字节、数据包类型、数据包长度、CRC校验、数据包序号、以及数据包净荷；
将构建的所有数据包按照所述比特率通过通信端串行地发送给MCU，如果未收到MCU反馈的当前数据包校验成功的响应，则重新发送当前数据包；
所有数据包发送完毕后，等待一定时长后，执行所述控制MCU按照所述待升级的固件程序进行复位重启的步骤。
本发明还一种升级与片上系统连接的单片机中固件的方法，该方法包括，
在单片机MCU侧，
受该MCU所连接的片上系统SOC的控制，进入升级模式，并与所述SOC建立通信链路；
通过通信链路，接收来自所述SOC构建的所有数据包，获得待升级的固件程序，其中，所述数据包由SOC将所述待升级的固件程序按照通信协议预先定义的传输数据包格式构建，
受所述SOC的控制，基于所述待升级的固件程序进行复位重启。
其中，所述MCU的第一输入输出端与SOC的第一输入输出端相连，MCU的复位端与SOC的第二输入输出端相连，
所述受该MCU所连接的片上系统SOC的控制，进入升级模式，包括，MCU检测到其第一输入输出端的第一控制信号时，进入所述升级模式。
其中，所述受所述SOC的控制，基于所述待升级的固件程序进行复位重启，包括，
MCU检测到其复位端的第二控制信号、以及其第一输入输出端的第三控制信号时，基于所述待升级的固件程序进行重启。
较佳地，所述单片机MCU的通信端与片上系统SOC的通信端相连，所述建立通信链路包括，
MCU通过其通信端接收SOC发送的握手比特数据，
根据接收到的比特数据的时间，计算时间间隔，获得比特率；
判断基于比特率所获得的比特数据是否符合通信协议中的握手比特数据，如果是，则根据所述比特率对通信端进行初始化后，向SOC发送握手成功的响应比特数据，否则，向SOC发送握手失败的响应比特数据。
较佳地，所述通信端为通用串行通信端，所述数据包至少包括起始字节、数据包类型、数据包长度、CRC校验、数据包序号、以及数据包净荷；
所述通过通信链路，接收来自所述SOC构建的所有数据包，获得待升级的固件程序，包括，
串行地接收来自SOC的数据包，对当前数据包进行CRC校验，如果校验成功，通过通信端向SOC发送当前数据包校验成功的响应数据包；
根据数据包中的序号判断出已接收到所有数据包后，对所有数据包进行解析，获得待升级的固件程序。
本发明还提供一种包括片上系统和单片机的电子设备，其中，片上系统与单片机相连接，所述SOC包括处理器和存储器，所述存储器用于存放计算机程序；所述处理器，用于执行所述存储器上所存放的程序，实现上述SOC任一所述升级与片上系统连接的单片机中固件的方法；
所述MCU包括存储器，所述存储器用于存放计算机程序；所述MCU执行所述存储器上所存放的程序，实现上述MCU任一所述升级与片上系统连接的单片机中固件的方法。
本发明提供的一种计算机可读存储介质，所述存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行上述任一所述升级与片上系统连接的单片机中固件的方法。
本发明借助SOC系统软件通过通信机制对MCU固件进行升级，无需专业的工程技术人员携带含升级程序的装置去对MCU中的固件程序的升级，或者是直接更换掉电路板，既可对MCU固件离线升级，也可以是在线升级，还可以实现远程升级，升级效率高，对硬件资源要求少，可扩展性好，兼容性强，实现成本低廉；对于设备出厂后需要对软件进行修改来完善设备功能的情形，灵活性高，方便增强设备的性能。
附图说明
图1为一个MCU与SOC的一种连接关系示意图。
图2为基于图1所示的MCU与SOC的连接关系SOC执行的升级应用程序时与MCU交互的一种流程示意图。
图3为SOC与MCU建立通信的一种交互过程示意图。
图4为示出了数据包格式的一种示意图。
图5为多个MCU与SOC的一种连接关系示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术手段和优点更加清楚明白，以下结合附图对本申请做进一步详细说明。
参见图1所示，图1为一个MCU与SOC的一种连接关系示意图。其中，MCU的异步通信端通过通用串行数据总线(UART)与SOC的异步通信端相连接，例如，MCU的UART端与SOC的UART端相连接；MCU的一输入输出端与SOC的第一输入输出端相连接，例如，MCU的GPIO1端与SOC的GPIO1端相连接，该GPIO端(General-purpose input/output)为通用型输入输出端；MCU的复位(RST)端与SOC的第二输入输出端相连接，例如，SOC的GPIO2端。
当需要对MCU中的固件进行升级时，通过外部指令例如通过网口向SOC发送固件涉及指示，并将固件程序存储至SOC中的存储器中，例如，掉电保存的存储器(FLASH)，然后执行升级应用程序。
参见图2所示，图2为基于图1所示的MCU与SOC的连接关系SOC执行的升级应用程序时与MCU交互的一种流程示意图。其中，SOC所执行的各个步骤为升级应用程序。
步骤201，SOC的第一输入输出端GPIO1向MCU的第一输入输出端GPIO1输出持续第一时间长度的低电平，以使得MCU进入升级模式；此时第二输入输出端GPIO2向MCU的复位端输出的电平无要求；
当MCU内含有的上电启动检测逻辑检测到MCU的GPIO1端的低电平时，进入至固件升级逻辑，等待检测MCU的通信端UART端的比特数据，否则MCU进行正常的启动程序；
步骤202，SOC与MCU建立通信；
参见图3所示，图3为SOC与MCU建立通信的一种交互过程示意图。SOC通过通信端UART端按照一定比特率向MCU的UART端发送握手比特数据，
MCU根据接收到的0、1比特的时间，计算时间间隔，由此获得比特率；判断基于比特率所获得的比特数据是否符合通信协议中的握手比特数据，如果符合，则说明通信握手成功，MCU根据获得的比特率对通信端口进行初始化，然后按照所述比特率发送握手成功的响应给SOC，由此，建立了SOC与MCU建立通信链路，并进入等待接收固件程序；否则，发送握手失败响应给SOC，并继续接收MCU的通信端UART端的比特数据；
步骤203，SOC接收到来自MCU的握手成功的响应后，从存储有固件程序的存储器中获取所述固件程序，对固件程序按照通信协议预先定义的传输数据包格式构建至少一个以上的数据包，所述数据包格式包括起始字节、数据包类型、数据包的长度、CRC校验值、数据包序号、以及数据包净荷；例如，参见图4所示，图4示出了数据包格式的一种示意图。
步骤204，SOC将构建的数据包串行地发送给MCU；
MCU每收到一个数据包则进行CRC校验，如果通过检验，说明该数据包为合法数据包，则向SOC发送该数据包的响应数据包，以确保传输的可靠性；
步骤205，SOC判断当前发送的数据包是否收到来自MCU的响应数据包，如果没有收到对应的响应数据包，则重发当前数据包。
步骤206，SOC判断数据包是否全部发送完毕，如果是，则等待第二时间长度后，向MCU的GPIO1端输出高电平，向MCU的复位端输出低电平，并维持该低电平持续第三时间长度，然后向所述复位端输出高电平，以使得MCU复位重启，否则，返回至步骤204；
MCU根据接收的数据包序号判断已接收到所有的数据包，则解析所有数据包，以恢复出固件程序；当MCU检测到所述复位端输入了从低电平到高电平的上升沿信号、且GPIO1端为高电平时，MCU按照恢复出的固件程序复位重启，从而完成升级。
在具体应用中，输入输出端的电平可以根据SOC、MCU的管脚的要求进行调整，所述第一时间长度、第二时间长度、以及第三时间长度也可根据具体需求来设定，通信端也可采用其他通信端口，例如，并行通信端口。
本发明实施例中，SOC与MCU之间只需借助2个GPIO辅助、以及通信端口即可完成MCU的固件升级，对SOC硬件资源要求少；MCU通过接收数据的时间计算出比特率，从而使得SOC可以根据业务情况，自由选择通信的比特率，方便了扩展和兼容；SOC通过通信协议自主选择构建数据包的长度，提高了MCU的适应性；数据包中包括有CRC校验数据，确保了升级固件程序的可靠传输。
参见图5所示，图5为多个MCU与SOC的一种连接关系示意图。当SOC需要挂接多个MCU时，根据SOC的输入输出端的使用情况进行挂接，例如，图中，MCU2的GPIO1端与SOC的GPIO3端连接，MCU2的复位端与SOC的GPIO4端连接，MCU2的通信端与SOC的第二通信端连接。当需要对上述MCU固件进行升级时，可以参考图2中的升级应用程序控制对应端口的电平。
本发明还提供一种包括片上系统和单片机的电子设备，例如，网络摄象机设备等，其中，片上系统与单片机相连接，
所述SOC包括处理器和存储器，所述存储器用于存放计算机程序；所述处理器，用于执行所述存储器上所存放的程序，实现上述升级与片上系统连接的单片机中固件的方法；
所述MCU包括存储器，所述存储器用于存放计算机程序；所述MCU执行所述存储器上所存放的程序，实现所述升级与片上系统连接的单片机中固件的方法。
存储器可以包括随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)，也可以包括非易失性存储器(Non-Volatile Memory，NVM)，例如至少一个磁盘存储器。可选的，存储器还可以是至少一个位于远离前述处理器的存储装置。
上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、网络处理器(Network Processor，NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital SignalProcessing，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如下步骤：
在片上系统SOC侧，
控制与所述SOC连接的至少一个单片机MCU进入升级模式，并建立SOC与所述MCU之间的通信链路；
按照通信协议预先定义的传输数据包格式，将待升级的固件程序构建至少一个以上数据包，并将构建的所有数据包通过通信链路发送给所述MCU，使得所述MCU接收到所有数据包后获得待升级的固件程序，
控制所述MCU按照所述待升级的固件程序进行复位重启。
在单片机MCU侧，
受该MCU所连接的片上系统SOC的控制，进入升级模式，并与所述SOC建立通信链路；
通过通信链路，接收来自所述SOC构建的所有数据包，获得待升级的固件程序，其中，所述数据包由SOC将所述待升级的固件程序按照通信协议预先定义的传输数据包格式构建，
受所述SOC的控制，基于所述待升级的固件程序进行复位重启。
对于装置/网络侧设备/存储介质实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。
Claims (12)
1.一种升级与片上系统连接的单片机中固件的方法，其特征在于，该方法包括，在片上系统SOC侧，
控制与所述SOC连接的至少一个单片机MCU进入升级模式，并建立SOC与所述MCU之间的通信链路；
按照通信协议预先定义的传输数据包格式，将待升级的固件程序构建至少一个以上数据包，并将构建的所有数据包通过通信链路发送给所述MCU，使得所述MCU接收到所有数据包后获得待升级的固件程序，
控制所述MCU按照所述待升级的固件程序进行复位重启。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述SOC的第一输入输出端与MCU的第一输入输出端相连，SOC的第二输入输出端与MCU的复位端相连，
所述控制与所述SOC连接的至少一个单片机MCU进入升级模式包括，通过所述SOC的第一输入输出端向所述MCU的第一输入输出端输出第一控制信号，使得MCU检测到该控制信号后进入升级模式。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述控制所述MCU按照所述待升级的固件程序进行复位重启包括，通过所述SOC的第二输入输出端向所述MCU的复位端输出第二控制信号，并通过所述SOC的第一输入输出端向MCU的第一输入输出端输出第三控制信号，使得MCU检测到所述第二控制信号、和第三控制信号后按照所述待升级的固件程序重启。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述片上系统SOC的通信端与单片机MCU的通信端相连，建立SOC与所述MCU之间的通信链路包括，
SOC通过通信端按照一定比特率向MCU的通信端发送握手比特数据，
根据接收到MCU通过通信端发送的握手成功的响应比特数据，建立SOC通信端与MCU通信端的通信链路。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述通信端为通用串行通信端，所述待升级的固件程序存储于SOC的存储器中，
所述按照通信协议预先定义的传输数据包格式，将待升级的固件程序构建至少一个以上数据包，并将构建的所有数据包发送给MCU包括，
从存储器中获取待升级的固件程序，将所述待升级的固件程序按照数据包格式构建数据包，其中，各个数据包至少包括起始字节、数据包类型、数据包长度、CRC校验、数据包序号、以及数据包净荷；
将构建的所有数据包按照所述比特率通过通信端串行地发送给MCU，如果未收到MCU反馈的当前数据包校验成功的响应，则重新发送当前数据包；
所有数据包发送完毕后，等待一定时长后，执行所述控制MCU按照所述待升级的固件程序进行复位重启的步骤。
6.一种升级与片上系统连接的单片机中固件的方法，其特征在于，该方法包括，
在单片机MCU侧，
受该MCU所连接的片上系统SOC的控制，进入升级模式，并与所述SOC建立通信链路；
通过通信链路，接收来自所述SOC构建的所有数据包，获得待升级的固件程序，其中，所述数据包由SOC将所述待升级的固件程序按照通信协议预先定义的传输数据包格式构建，
受所述SOC的控制，基于所述待升级的固件程序进行复位重启。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述MCU的第一输入输出端与SOC的第一输入输出端相连，MCU的复位端与SOC的第二输入输出端相连，
所述受该MCU所连接的片上系统SOC的控制，进入升级模式，包括，MCU检测到其第一输入输出端的第一控制信号时，进入所述升级模式。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述受所述SOC的控制，基于所述待升级的固件程序进行复位重启，包括，
MCU检测到其复位端的第二控制信号、以及其第一输入输出端的第三控制信号时，基于所述待升级的固件程序进行重启。
9.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述单片机MCU的通信端与片上系统SOC的通信端相连，所述建立通信链路包括，
MCU通过其通信端接收SOC发送的握手比特数据，
根据接收到的比特数据的时间，计算时间间隔，获得比特率；
判断基于比特率所获得的比特数据是否符合通信协议中的握手比特数据，如果是，则根据所述比特率对通信端进行初始化后，向SOC发送握手成功的响应比特数据，否则，向SOC发送握手失败的响应比特数据。
10.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述通信端为通用串行通信端，所述数据包至少包括起始字节、数据包类型、数据包长度、CRC校验、数据包序号、以及数据包净荷；
所述通过通信链路，接收来自所述SOC构建的所有数据包，获得待升级的固件程序，包括，
串行地接收来自SOC的数据包，对当前数据包进行CRC校验，如果校验成功，通过通信端向SOC发送当前数据包校验成功的响应数据包；
根据数据包中的序号判断出已接收到所有数据包后，对所有数据包进行解析，获得待升级的固件程序。
11.一种包括片上系统和单片机的电子设备，其中，片上系统与单片机相连接，其特征在于，
所述SOC包括处理器和存储器，所述存储器用于存放计算机程序；所述处理器，用于执行所述存储器上所存放的程序，实现权利要求1-5任一所述升级与片上系统连接的单片机中固件的方法；
所述MCU包括存储器，所述存储器用于存放计算机程序；所述MCU执行所述存储器上所存放的程序，实现权利要求6-10任一所述升级与片上系统连接的单片机中固件的方法。
12.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行权利要求1-10任一所述升级与片上系统连接的单片机中固件的方法。
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