CN113553087A - 一种单片机程序在线升级方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于单片机的程序在线升级方法，包括：写入预先编写的升级驱动程序并将其固化至存储器的驱动程序区；接收并执行在线升级开始指令，运行所述驱动程序完成初始化操作；接收用户数据块并进行校验，在校验正确后将所述用户数据块中的目标程序数据从所述存储器的程序存储区下载至用户程序区；从所述驱动程序区跳转至所述用户程序区中运行所述目标程序数据。其可以解决数字舵机进行单片机程序更新时需要反复插拔仿真器以及拆卸单片机控制器导致程序升级不方便甚至升级失败的问题。

Description

一种单片机程序在线升级方法和装置

技术领域

本发明涉及程序升级技术领域，尤其涉及到一种单片机程序在线升级方法和一种单片机程序在线升级装置。

背景技术

舵机伺服系统闭环控制一般由控制器、传感器、驱动等构成。舵机控制器根据控制指令和舵机反馈信息，控制舵机完成指定动作，是舵机伺服控制系统的核心部分。舵机伺服系统控制器目前较多采用基于单片机的数字控制器。

目前，针对单片机主要的程序更新方式是通过JTAG(Joint Test Action Group，联合测试工作组)接口更新程序。使用这种方式更新程序时往往需要对舵机伺服系统控制器进行开盖操作，连接仿真器进行程序更新，一方面控制器随产品出厂后往往受限于产品空间位置不利于开盖，程序升级操作不方便，另一方面，产品出厂后进行开盖操作容易引入不确定因素，增加了程序升级失败的概率，一般厂家不建议厂外开盖处理。因此，提出一种无需开盖操作的单片机程序在线升级方法是当前亟待解决的问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种单片机程序在线升级方法和一种单片机程序在线升级装置，其可以解决数字舵机进行单片机程序更新时需要反复插拔仿真器以及拆卸单片机控制器导致程序升级不方便甚至升级失败的问题。

一方面，本发明实施例提供了一种单片机程序在线升级方法，包括：写入预先编写的升级驱动程序并将其固化至存储器的驱动程序区；接收并执行在线升级开始指令，运行所述驱动程序完成初始化操作；接收用户数据块并进行校验，在校验正确后将所述用户数据块中的目标程序数据从所述存储器的程序存储区下载至用户程序区；从所述驱动程序区跳转至所述用户程序区中运行所述目标程序数据。

在本发明的一个实施例中，所述初始化操作包括：将所述程序存储区中的初始程序数据擦除。

在本发明的一个实施例中，所述接收用户数据块并进行校验之前，还包括：接收每个所述用户数据块对应的数据块信息，所述数据块信息包括：数据块编号、数据块大小及校验和；根据所述数据块信息对所述用户数据块进行校验。

在本发明的一个实施例中，在所述校验正确之后还包括：将所述目标程序数据存放至所述程序存储区，将与所述目标程序数据对应的标志位存放至所述存储器中的标志位存放区。

在本发明的一个实施例中，在所述将所述用户数据块中的目标程序数据从所述存储器的程序存储区下载至用户程序区之前还包括：查询所述标志位中的程序下载标志位，当查询结果为执行目标程序下载时将所述目标程序数据从所述程序存储区下载至所述用户程序区。

在本发明的一个实施例中，在所述从所述驱动程序区跳转至所述用户程序区中运行所述目标程序数据之前，还包括：查询所述标志位中的程序跳转标志位，当查询结果为执行程序跳转时从所述驱动程序区跳转至所述用户程序区中运行所述目标程序数据。

在本发明的一个实施例中，所述单片机程序在线升级方法还包括：死循环查询所述控制指令，并根据所述用户数据块中的信息调用所述驱动程序执行相应的操作以及反馈相应的操作结果。

另一方面，本发明实施例提出一种单片机程序在线升级装置，包括：驱动程序写入模块，用于写入预先编写的升级驱动程序并将其固化至存储器的驱动程序区；控制指令接收模块，用于接收并执行在线升级开始指令，运行所述驱动程序完成初始化操作；用户数据块接收模块，用于接收用户数据块并进行校验，在校验正确后将所述用户数据块中的目标程序数据从所述存储器的程序存储区下载至用户程序区；程序跳转模块，用于从所述驱动程序区跳转至所述用户程序区中运行所述目标程序数据。

再一方面，本发明实施例提出一种单片机程序在线升级系统，包括上位机和连接所述上位机的单片机，所述单片机用于执行如上述中任意一个实施例所述的单片机程序在线升级方法。

又一方面，本发明实施例提出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可执行指令，所述计算机可执行指令用于执行如上述中任意一个实施例所述的单片机程序在线升级方法。

由上可知，通过本发明所构思的上述方案与现有技术相比，至少可以具有如下一个或多个有益效果：

(1)通过将预先编写的升级驱动程序写入单片机存储器的驱动程序区，在接收到升级开始指令后运行该驱动程序，将目标程序数据从存储器的程序存储区下载至用户程序区，并从驱动程序区中跳转至用户程序区中运行，实现了程序在线升级，能够避免拆卸控制器造成的不利影响。

(2)将逻辑控制程序与在线升级驱动程序分开，由上位机控制在线升级逻辑，上位机可根据单片机执行命令的反馈信息了解单片机的工作状态，一旦在线升级出现问题，有利于故障排除。

(3)将在线升级驱动程序与用户程序分离，分别放置于驱动程序区和用户程序区，驱动程序通过程序跳转后执行用户程序区的目标程序数据，使得用户无需关心在线升级程序，简化了用户程序设计。

通过以下参考附图的详细说明，本发明的其他方面的特征变得明显。但是应当知道，该附图仅仅为解释的目的设计，而不是作为本发明的范围的限定。还应当知道，除非另外指出，不必要依比例绘制附图，它们仅仅力图概念地说明此处描述的结构和流程。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例提供的单片机程序在线升级方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的单片机储存器的内部分区结构示意图；

图3为本发明实施例提供的单片机程序在线升级装置的结构示意图；

图4为本发明实施例提供单片机程序在线升级系统的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的计算机可读存储介质的结构示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以互相组合。下面将参考附图并结合实施例来说明本发明。

为了使本领域普通技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，都应当属于本发明的保护范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等适用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应当理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外。术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备国有的其它步骤或单元。

还需要说明的是，本发明中多个实施例的划分仅是为了描述的方便，不应构成特别的限定，各种实施例中的特征在不矛盾的情况下可以相结合，相互引用。

【第一实施例】

如图1所示，本发明第一实施例提出一种方法，包括如下步骤：步骤S11写入预先编写的升级驱动程序并将其固化至存储器的驱动程序区；步骤S12接收并执行在线升级控制指令，运行所述驱动程序完成初始化操作；步骤S13接收用户数据块并进行校验，在校验正确后根据所述控制指令将所述用户数据块中的目标程序数据从所述存储器的程序存储区下载至用户程序区；步骤S14根据所述控制指令从所述驱动程序区跳转至所述用户程序区中运行所述目标程序数据。

在步骤S11中，例如在上位机预先编写一个升级驱动程序Bootloader，该升级驱动程序能够按照设定的通信协议接收命令、解析命令、执行命令以及发送命令反馈。例如将该驱动程序编译生成.out文件，使用带有JTAG接口的仿真器连接上位机与单片机，将编译好的.out文件烧写进单片的机FLASH(非易失性存储器)中。

其中，提到的上位机例如为个人计算机、手持设备、便携式设备、平板型设备、多处理器系统、基于微处理器的系统、可编辑的消费电子设备、网络PC、小型计算机、大型计算机、或者包括以上任何系统或设备的分布式计算环境等等。提到的单片机(Single-ChipMicrocomputer)为一种集成电路芯片，例如应用于舵机伺服系统的控制器中，其型号例如为STM32F10x系列。

在步骤S12中，单片机与上位机之间例如通过自身预留的通信接口如CAN(Controller Area Network，控制器局域网络)接口连接。单片机通过该接口接收在线升级开始指令如初始化操作指令，运行所述驱动程序完成初始化操作。

具体的，初始化操作例如包括：将存储器的程序存储区中的初始程序数据擦除，以便于将需要进行更新的目标程序数据存入该程序存储区。

值得一提的是，在本发明的其他实施方式中，单片机与上位机之间例如通过其它的预留通信接口，如RS422接口、1553B接口等连接进行通信，本发明并不以此为限制。

目前，现有技术中针对STM32F10x系列单片机其主要的程序更新方式是通过JTAG接口配合仿真机连接上位机通信来更新程序，使用这种方式更新程序时往往需要对舵机伺服系统控制器进行开盖操作，插接仿真机与JTAG接口，本发明通过将预先编写的升级驱动程序写入单片机存储器的驱动程序区，通过预留通信接口接收上位机发送的逻辑控制指令运行该驱动程序，实现了程序在线升级，能够避免拆卸控制器造成的不利影响。

在本发明的技术方案中，将逻辑控制程序与在线升级驱动程序分开，由上位机控制在线升级逻辑，上位机可根据单片机执行命令的反馈信息了解单片机的工作状态，一旦在线升级出现问题，有利于故障排除。

在步骤S13中，例如单片机接收用户数据块并进行校验，提到的用户数据块例如为上位机软件读入用户APP生成的.bin格式文件，并将该bin格式文件分割成固定大小的数据块，举例而言，上位机使用CAN通信将该数据块按照每8个字节打包成一个CAN通信数据帧后发送给单片机。

进一步的，单片机接收上位机发送的每一个数据块之前例如接收其对应的数据块信息，该数据块信息包括：数据块编号、数据块大小及校验和；单片机根据该数据块信息对所述用户数据块进行校验。

数据块校验正确后，单片机例如将用户数据块中的目标程序数据从存储器的程序存储区下载至用户程序区。具体的，如图2所示，单片机的存储器例如划分有驱动程序区、程序下载区和用户程序区，其中，驱动程序区用于存放预先写入的在线升级驱动程序，程序下载区用于存放通过所述通讯接口接收的目标程序数据，用户程序区用于存放用户程序。如此一来，将在线升级驱动程序与用户程序分离，分别放置于驱动程序区和用户程序区，驱动程序通过程序跳转后执行用户程序区的目标程序数据，使得用户无需关心在线升级程序，简化了用户程序设计。

进一步的，所述用户数据块例如包括目标程序数据和对应的标志位信息，单片机的存储器例如还划分有标志位存放区，用于存放该标志位信息。在将目标程序数据从存储器的程序存储区下载至用户程序区之前例如还包括：查询所述标志位中的程序下载标志位，当查询结果为执行目标程序下载时将目标程序数据从程序存储区下载至用户程序区。

在步骤S14中，单片机从当前运行的驱动程序区跳转至用户程序区中运行目标程序数据。进一步的，在从驱动程序区跳转至用户程序区中运行目标程序数据之前，例如还包括：查询所述标志位中的程序跳转标志位，当查询结果为执行程序跳转时从驱动程序区跳转至用户程序区中运行目标程序数据。

进一步的，所述用户数据块中例如包括上位机控制指令、目标程序数据和对应的标志位信息，当未查询到程序下载标志位和程序跳转标志位时，单片机例如还死循环查询所述用户数据块，并根据用户数据块中的上述信息调用驱动程序执行相应操作以及将操作结果反馈至上位机。

综上所述，本发明实施例提出的一种单片机程序在线升级方法，通过将预先编写的升级驱动程序写入单片机存储器的驱动程序区，在接收到升级开始指令后运行该驱动程序，将目标程序数据从存储器的程序存储区下载至用户程序区，并从驱动程序区中跳转至用户程序区中运行，实现了程序在线升级，能够避免拆卸控制器造成的不利影响；将逻辑控制程序与在线升级驱动程序分开，由上位机控制在线升级逻辑，上位机可根据单片机执行命令的反馈信息了解单片机的工作状态，一旦在线升级出现问题，有利于故障排除；将在线升级驱动程序与用户程序分离，分别放置于驱动程序区和用户程序区，驱动程序通过程序跳转后执行用户程序区的目标程序数据，使得用户无需关心在线升级程序，简化了用户程序设计。

【第二实施例】

如图3所示，本发明第二实施例提出了一种单片机程序在线升级装置20，例如包括：驱动程序写入模块201、控制指令接收模块202、用户数据块接收模块203和程序跳转模块204。

其中，驱动程序写入模块201用于写入预先编写的升级驱动程序并将其固化至存储器的驱动程序区。控制指令接收模块202用于接收并执行在线升级开始指令，运行所述驱动程序完成初始化操作。用户数据块接收模块203用于接收用户数据块并进行校验，在校验正确后将所述用户数据块中的目标程序数据从所述存储器的程序存储区下载至用户程序区。程序跳转模块204用于从所述驱动程序区跳转至所述用户程序区中运行所述目标程序数据。

本发明第二实施例公开的单片机程序在线升级装置20所实现的单片机程序在线升级方法如前述第一实施例所述，故在此不再进行详细讲述。可选地，第二实施例中的各个模块和上述其他操作或功能分别为了实现第一实施例所述的方法，且本实施例的有益效果同前述第一实施例的有益效果相同，为了简洁，不在此赘述。

【第三实施例】

如图4所示，本发明第三实施例提出一种单片机程序在线升级系统30，例如包括上位机31和连接所述上位机31的单片机32。其中，所述上位机例如为个人计算机、手持设备、便携式设备、平板型设备、多处理器系统、基于微处理器的系统、可编辑的消费电子设备、网络PC、小型计算机、大型计算机、或者包括以上任何系统或设备的分布式计算环境等等。提到的单片机(Single-Chip Microcomputer)为一种集成电路芯片，例如应用于舵机伺服系统的控制器中，其型号例如为STM32F10x系列。

其中，单片机32用于实现如第一实施例中所述的单片机程序在线升级方法，具体的单片机程序在线升级方法可参考第一实施例所述的方法，为了简洁在此不再赘述，且本实施例提供的单片机程序在线升级系统30的有益效果与第一实施例提供的单片机程序在线升级方法的有益效果相同。

【第四实施例】

如图5所示，本发明第四实施例提出一种计算机可读存储介质40，计算机可读存储介质40为非易失性存储器且存储有计算机可读指令，当所述计算机可读指令被一个或多个处理器执行时，例如使得所述一个或多个处理器执行前述第一实施例所述的单片机程序在线升级方法。具体的单片机程序在线升级方法可参考第一实施例所述的方法，为了简洁在此不再赘述，且本实施例提供的计算机可读存储介质40的有益效果同第一实施例提供的单片机程序在线升级方法的有益效果相同。

此外，可以理解的是，前述各个实施例仅为本发明的示例性说明，在技术特征不冲突、结构不矛盾、不违背本发明的发明目的前提下，各个实施例的技术方案可以任意组合、搭配使用。

在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和/或方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元/模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多路单元或模块可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元/模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元/模块显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多路网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元/模块来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元/模块可以集成在一个处理单元/模块中，也可以是各个单元/模块单独物理存在，也可以两个或两个以上单元/模块集成在一个单元/模块中。上述集成的单元/模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元/模块的形式实现。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；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：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种单片机程序在线升级方法，其特征在于，包括：

写入预先编写的升级驱动程序并将其固化至存储器的驱动程序区；

接收并执行在线升级开始指令，运行所述驱动程序完成初始化操作；

接收用户数据块并进行校验，在校验正确后将所述用户数据块中的目标程序数据从所述存储器的程序存储区下载至用户程序区；

从所述驱动程序区跳转至所述用户程序区中运行所述目标程序数据。

2.根据权利要求1所述的单片机程序在线升级方法，其特征在于，所述初始化操作包括：将所述程序存储区中的初始程序数据擦除。

3.根据权利要求1所述的单片机程序在线升级方法，其特征在于，所述接收用户数据块并进行校验之前，还包括：接收每个所述用户数据块对应的数据块信息，所述数据块信息包括：数据块编号、数据块大小及校验和；根据所述数据块信息对所述用户数据块进行校验。

4.根据权利要求1所述的单片机程序在线升级方法，其特征在于，在所述校验正确之后还包括：将所述目标程序数据存放至所述程序存储区，将与所述目标程序数据对应的标志位存放至所述存储器中的标志位存放区。

5.根据权利要求4所述的单片机程序在线升级方法，其特征在于，在所述将所述用户数据块中的目标程序数据从所述存储器的程序存储区下载至用户程序区之前还包括：查询所述标志位中的程序下载标志位，当查询结果为执行目标程序下载时将所述目标程序数据从所述程序存储区下载至所述用户程序区。

6.根据权利要求5所述的单片机程序在线升级方法，其特征在于，在所述从所述驱动程序区跳转至所述用户程序区中运行所述目标程序数据之前，还包括：查询所述标志位中的程序跳转标志位，当查询结果为执行程序跳转时从所述驱动程序区跳转至所述用户程序区中运行所述目标程序数据。

7.根据权利要求6所述的单片机程序在线升级方法，其特征在于，还包括：死循环查询所述用户数据块，并根据所述用户数据块中的信息调用所述驱动程序执行相应操作以及反馈操作结果。

8.一种单片机程序在线升级装置，其特征在于，包括：

驱动程序写入模块，用于写入预先编写的升级驱动程序并将其固化至存储器的驱动程序区；

驱动程序运行模块，用于接收并执行在线升级开始指令，运行所述驱动程序完成初始化操作；

用户数据块接收模块，用于接收用户数据块并进行校验，在校验正确后将所述用户数据块中的目标程序数据从所述存储器的程序存储区下载至用户程序区；

程序跳转模块，用于从所述驱动程序区跳转至所述用户程序区中运行所述目标程序数据。

9.一种单片机程序在线升级系统，其特征在于，包括上位机和连接所述上位机的单片机，所述单片机用于执行如权利要求1-7中任意一项所述的单片机程序在线升级方法。

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可执行指令，所述计算机可执行指令用于执行如权利要求1-7中任意一项所述的单片机程序在线升级方法。

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