CN113900697A - 一种基于mcu及tftp协议的远程升级功能实现方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于MCU及TFTP协议的远程升级功能实现方法，包本地升级管理系统专用设备的应用软件建立TCP网络连接向专用设备发送软件版本查询消息；专用设备获取软件版本信息并上报至本地升级管理中心进行判断是否执行升级；若执行，本地升级管理接收系统要升级的软件版本向专用设备发送软件部署指令；专用设备向本地升级管理确认是否执行软件部署流程；专用设备依据升级包下载路径，向本地升级管理中心申请文件下载，校验升级包数据,再上报文件下载成功或下载失败；升级包成功下载后，则专用设备执行完成设备软件的部署升级工作。本发明通过不同部署地点地面站专用设备的快速升级管理，实现升级的异地操作，极大降低了地面接收系统的运维成本。

Description

一种基于MCU及TFTP协议的远程升级功能实现方法及系统

技术领域

本发明涉及遥感卫星设备技术领域，具体来说，涉及一种基于MCU及TFTP协议的远程升级功能实现方法。

背景技术

遥感卫星地面接收系统具备接收遥感卫星数据的能力，对遥感卫星数据的广泛应用发挥着重要的作用，随着发射遥感卫星的数量逐步增多，遥感卫星地面接收系统建设部署同步也越来越多，地域分布越来越广阔，因此地面接收系统的运维工作越来越艰巨。

为提高地面接收系统的运维效率，实现自动化系统运维工作，地面接收系统需要增加专用设备的远程升级功能。对遥感卫星地面接收系统可能会出现设备异常情况，对设备进行升级处理，以往升级方式大多数都会采用专用设备、专用工具，对待升级设备现场进行开箱升级操作既不方便同时也降低了效率。为了避免该情况的发生，对地面接收系统信道重要设备单片机进行远程升级设计，制定远程升级接口，通过本地升级管理完成远程升级，在地面接收系统中心即可实现部署在各地地面站设备的升级维护。同时远程升级利于控制各软硬件产品版本的一致性和升级流程的规范性，实现地面接收系统设计的标准化。

发明内容

针对相关技术中的上述技术问题，本发明提出一种基于MCU及TFTP协议的远程升级功能实现方法，能够克服现有技术方法的上述不足。

为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种基于MCU及TFTP协议的远程升级功能实现方法，包括以下步骤：

S1: 本地升级管理欲升级地面接收系统的专用设备的应用软件通过建立TCP网络连接和经系统维护网段向专用设备发送当前运行软件版本查询消息；

S2: 专用设备获取软件版本信息并上报至本地升级管理中心进行本地判断是否执行软件的升级操作；

S3: 若要执行软件的升级操作，本地升级管理接收系统选择要升级的软件版本后，通过系统维护网段向专用设备发送软件部署指令，部署指令包括升级包的文件批次号、文件存储路径、用户名、密码及升级包校验信息；

S4: 专用设备向本地升级管理系统发送软件部署的反馈响应，进行确认是否开始执行软件的部署流程；

S5: 专用设备依据指令中的升级包下载路径,向本地升级管理中心申请文件下载，下载完成后，进行校验升级包数据，校验结果的反馈包括升级包是否下载成功,再向本地升级管理上报文件下载成功或下载失败；

S6: 升级包成功下载后，则专用设备执行完成设备软件的部署升级工作；

S7: 然后，专用设备上报本地版本管理中心的升级成功或失败状态，若升级失败，则自动运行上一版本程序软件；

S8: 本地升级管理系统通过系统的维护网段向专用设备发送软件恢复出厂设置的版本消息，专用设备向本地升级管理中心发送软件恢复出厂设置的响应，自行完成设备应用软件的恢复出厂设置版本工作。

进一步地，所述专用设备即遥感卫星地面接收系统专用设备，专用设备设置了双网段通信，专用设备设置网段一来完成业务信息通信，包括参数查询令、查询响应、参数控制令及控制响应；专用设备设置网段二用于完成与本地升级管理完成的维护信息通信，包括专用设备的软件版本查询令、查询响应、重启控制令、软件升级控制令、控制响应、恢复出厂版本命令及响应。

进一步地，所述远程升级实现方法与其交互的本地升级管理为遥感卫星地面接收系统的各专用设备提供软件版本的集中管理能力，其中包括提供版本查询和软件升级，对于专用设备的软件部署实施工作均交由设备自身进行实现。

进一步地，所述遥感卫星地面接收系统的专用设备是依据软件下载路径采用TFTP协议向本地管理中心申请文件下载，本地升级管理为服务端。

另一方面，本申请还提供了一种基于MCU及TFTP协议的远程升级功能实现系统，包括MCU、外部存储芯片、接口芯片、网管模块软件，其中，

所述MCU，是负责数据采集、处理、状态实时存储及设备健康状况的上报，MCU还划分了用于存放Bootloader、应用程序和标志位的FLASH区；

所述外部存储芯片，是采用16Mbit的串行FLASH存储芯片，将遥感卫星地面接收系统的专用设备的各业务模块信息实时保存，保证遥感卫星地面接收系统的专用设备掉电重启后能读取掉电之前状态参数数据，同时确保本地升级管理欲升级地面接收系统的可靠运行；

所述接口芯片，包括RS485、RS232和以太网，负责实现所述MCU的TTL数据与外部用户RS232、RS485和以太网数据之间的接口、协议转换；

所述网管模块软件，采用了RT-Thread 3.0操作系统、全抢占式的实时操作系统内核和采用轻型的TCP/IP协议栈及多窗口多线程图形用户界面，使本地升级管理能通过以太网通信接口对多台设备同时进行远程管理，每台设备提供2个IPV4地址，负责管理端对常规业务监控及设备运维两种信息的分开管理。

进一步地，所述Bootloader负责完成应用程序的检测、版本覆盖及启动功能；应用程序中负责实现业务信息的交互、基于TFTP协议的文件传输和版本的保存功能；所述标志位Flag区负责存放标志信息。

进一步地，所述标志位Flag区存放的标志信息是通过单片机接收到的指令进行改变Flag标志信息，以此完成Bootloader和应用程序间的交互。

进一步地，所述应用程序包括当前、最新、最近备份及出厂默认4个版本，均存储于可运行的应用程序中。

本发明的有益效果：通过不同部署地点地面站专用设备的快速升级管理，对当前信息的查询、升级软件部署、设备重启操作、恢复出厂设置等操作，简单灵活，实用性好，实现升级的异地操作，极大降低了地面接收系统的运维成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明实施例所述的基于MCU及TFTP协议的远程升级功能实现方法的应用程序升级实施流程框图。

图2是根据本发明实施例所述的基于MCU及TFTP协议的远程升级功能实现方法的网关模块硬件结构框图。

图3是根据本发明实施例所述的基于MCU及TFTP协议的远程升级功能实现方法的MCU片内FLASH划分布局示意图。

图4是根据本发明实施例所述的基于MCU及TFTP协议的远程升级功能实现方法的网管模块软件结构示意图。

图5是根据本发明实施例所述的基于MCU及TFTP协议的远程升级功能实现方法的远程升级功能实现方案框图。

图6是根据本发明实施例所述的基于MCU及TFTP协议的远程升级功能实现方法的应用程序升级流程框图。

图7是根据本发明实施例所述的基于MCU及TFTP协议的远程升级功能实现方法的应用程序恢复出厂版本流程框图。

具体实施方式

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一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围，为了方便理解本发明的上述技术方案，以下通过具体使用方式上对本发明的上述技术方案进行详细说明。

如图1所示，根据本发明实施例所述的基于MCU及TFTP协议的远程升级功能实现方法，步骤包括，首先，本地升级管理欲升级地面接收系统专用设备的应用软件通过建立TCP网络连接和经系统维护网段向专用设备发送软件版本的查询消息，专用设备再获取当前运行软件版本信息并上报本地升级管理中心，用于本地判断是否执行软件的升级操作。

本地升级管理系统选择要升级的软件版本后，通过系统维护网段向专用设备发送软件部署指令。指令中包含升级包的文件批次号、文件存储路径、用户名、密码、升级包校验信息。

专用设备向本地升级管理发送软件部署反馈响应，用于确认是否开始执行软件部署流程，再依据指令中升级包的下载路径向本地升级管理中心申请文件下载（TFTP）。当下载完成后，进行升级包数据校验，校验结果反馈包含升级包下载成功与否，再向本地升级管理上报文件下载成功或失败。

升级包下载完成后，则专用设备自行完成设备软件的部署升级工作。专用设备上报本地版本管理中心是升级成功或失败。

如果升级失败，则自动运行上一版本程序，且专用设备不能有异常，同时，此还支持本地升级管理中心再次进行升级。

然后，本地升级管理系统通过系统的维护网段向专用设备发送软件恢复出厂设置的版本消息，专用设备向本地升级管理中心发送软件恢复出厂设置的响应，自行完成设备应用软件的恢复出厂设置的版本工作。

此外，专用设备还设置双网段通信，专用设备设置的网段一负责完成业务信息通信，其中包括参数查询令、查询响应、参数控制令及控制响应；专用设备设置网段二负责完成与本地升级管理中心软件完成新加的维护类通讯，其中包括专用设备软件的版本查询令、查询响应、重启控制令、软件升级控制令、控制响应、恢复出厂版本响应。

另外，所述远程升级实现方法，与远程升级实现方法交互的本地版本管理系统为地面接收系统的各专用设备提供软件版本的集中管理能力，对于专用设备的升级软件部署实施工作均交由专用设备自身进行实现。

如图2所示，另外，本申请还提供了基于MCU及TFTP协议的远程升级功能实现装置，包括MCU、外部存储芯片、接口芯片及网管模块软件。

所述MCU，MCU作为网管模块的核心部分，主要负责数据采集、处理、状态实时存储、设备健康状况的上报等，还选用了一款基于ARM Cortex-M4内核的通用微控制器。最高主频可达200MHz，内置2M Flash、512K SRAM、16路硬件定时器、8路串行接口控制器、24路12位ADC、2路12位DAC、1路百兆以太网控制器等多种片上外设。MCU划分不同FLASH区用于存放Bootloader、应用程序和标志位，如图5所示，Bootloader负责完成应用程序的检测、版本覆盖及启动等功能，应用程序中实现业务信息的交互、基于TFTP协议的文件传输和版本的保存等功能。标志位Flag区用于存放一些标志信息，如“是否需要进行升级操作”、“上次应用程序启动是否成功”等。

所述外部存储芯片，采用了16Mbit的串行FLASH存储芯片，可将设备各业务模块信息实时的进行保存，保证设备掉电重启后能读取掉电之前状态数据（网络参数、增益参数等），确保系统的可靠运行。

所述接口（RS485、RS232、以太网）芯片是实现MCU的TTL数据与外部用户RS232、RS485、以太网数据之间的接口或协议的转换。

如图4所示，网管模块软件设计方面采用了RT-Thread 3.0操作系统，这是一款专业面向嵌入式设备的实时系统，有着高效且稳定的特性，其中具备了全抢占式的实时操作系统内核，简洁且与底层具体实现无关的文件系统，轻型的TCP/IP协议栈以及多窗口多线程图形用户界面。

基于RT-Thread系统的网管模块软件层次分明，包含底层驱动、系统内核、应用组件及库和上层应用4个层次。

所述底层驱动（BSP包），在BSP包中，基于GD32官方标准的函数库实现了网口（MAC和PHY）驱动、串口驱动、FLASH驱动、GPIO驱动及SPI驱动等硬件设备的驱动程序。

所述RTT系统内核，RT-Thread内核提供了高效可靠的任务管理机制，其线程调度器是基于优先级的全抢占式调度，在系统中除了中断处理函数、调度器上锁部分的代码和禁止中断的代码外，其他部分都是可以抢占的，包括线程调度器自身，系统总共支持256个任务优先级，完全可满足网管软件模块的功能需求。另外，RT-Thread通过一个I/O设备管理机制来为上层提供抽象的设备接口，为下层设备提供底层驱动框架，应用层序通过设备操作接口获取设备驱动，然后通过这个设备驱动来与底层硬件设备进行数据交互（或控制）。

所述组件及库，Finsh组件式RT-Thread的命令行外壳，可以为用户提供一套在串口终端的操作接口，可以使用命令行来查看、设置系统信息或调试程序。文件系统则是一套实现了数据的存储、分级组织、访问和获取等操作的抽象数据类型(Abstract data type)，是用于向用户提供底层数据访问的机制，网管模块中使用成熟的LWIP库来建立网络通信方面的支持，其中有完备的TCP/UDP协议栈、HTTPD等常用网络组件，并向应用层提供标准的Socket接口来实现网络通信功能。

所述上层应用，上层应用实现了设备工作参数监测、业务监控、通信协议解析及处理、数据收发管理、显示屏控制、LED灯控制以及按键扫描等功能程序，并将通过建立数个任务线程来实现各个功能间的协调运行。

如图5所示，本申请还提供了实现远程升级的方法流程，包括PC端和与PC端网络连接的网管模块单片机。单片机内Bootloader负责完成APP的检测、版本覆盖及启动等功能；APP中实现业务信息的交互、基于TFTP协议的文件传输和版本的保存等功能。PC端与网管模块建立TCP连接，同时PC端设置为TFTP服务端，存储待升级程序包，定义升级程序包的软件版本号，向网管模块发送升级指令，指令信息中包含软件版本号、TFTP用户名、密码、升级包路径及长度信息，升级包的校验码信息，用以判断升级包是否正确接收。

网管模块采用Flash设置存储区，如图3所示，将Flash划分为Bootloader区，应用程序区、标志信息区，在Flash中放入4个版本的应用程序：“当前（Current）”、“最新（New）”、“最近备份（Last）”和“出厂默认（Default）”。由Bootloader来对应用程序进行管理和覆盖。另外，在图3中可看到在FLASH靠后的位置设置了一个Flag区，用于存放一些标志信息。

当接收到版本管理中心的升级指令后，通过TFTP协议将新的APP程序下载并保存到New区域，在校验通过并接收到部署指令后，将Flag设置为“需要进行升级”，然后重启系统。MCU上电后，首先运行Bootloader，然后由Bootloader启动Current区域的应用程序，在启动应用程序之前，Bootloader会先Flag区域中相应的内容，如果Flag指示需要进行升级操作，则用New APP覆盖Current APP，这样运行的就是新的应用程序。

当接收到版本管理中心的恢复出厂版本指令后，将Flag设置为“需要进行恢复出厂”，然后重启系统后，MCU上电后，首先运行Bootloader，然后由Bootloader启动Current区域的应用程序，在启动应用程序之前，Bootloader会先Flag区域中相应的内容，如果Flag指示需要进行恢复出厂操作，则用Default APP覆盖Current APP，这样运行的就是出厂版本的应用程序。

网管模块支持网络远程软件版本查询，在进行查询网络远程软件的版本时的步骤包括：首先 PC端通过网络连接，下发软件版本查询指令；网管模块检索Current APP信息，返回查询成功响应及软件版本信息，或返回查询失败响应。

网管模块支持网络远程软件升级，如图6所示，在进行应用程序远程升级时步骤包括：

1. PC端通过网络连接，部署待升级包，网管模块接收PC端下发软件升级指令（包括软件版本号、TFTP服务端 IP、端口号信息、TFTP用户名、密码、升级包bin文件所在路径及bin文件长度、信息校验码）；

2. 网管模块收到升级指令后，自动依据文件路径下载bin文件，存储至New区域；

3. 进行信息校验码，比对正确，表明文件下载成功，写入NEW APP区，并返回下载成功信息，文件校验码比对失败或文件格式不对，则返回下载失败信息；

4. 文件下载成功后，设置Flag指示需要进行升级；

5. 网管模块进行自动重启；

6. 启动后，首先运行Bootloader，检测Flag标志位；

7. 根据FLAG标志位判断是否需要升级，需要升级用Current APP覆盖Last APP，用New APP覆盖Current APP，恢复Flag标志位；

8. 启动运行Current APP，网管模块进行正常运行；

如图7所示，支持网络远程软件恢复出厂版本的步骤包括：

1. 网管模块收到PC端通过网络连接下发的软件恢复出厂设置指令；

2. 网管模块收到恢复出厂设置指令后，返回受理成功信息和出厂版本号信息，Flag指示需要进行恢复出厂，自动用Default APP覆盖New APP；

3. 网管模块进行自动重启；

4. MCU上电后，首先运行Bootloader，检测Flag标志位信息；

5. 判读FLAG标志位是否需要恢复出厂设置，若是则用Current APP覆盖LastAPP，用New APP覆盖Current APP，恢复Flag标志位；

6. 启动运行Current APP，网管模块进行正常运行。

在应用程序升级失败之后，将应用程序恢复到上一次可正常运行的版本,当执行了应用程序升级操作后，如果连续3次启动应用程序失败，则Bootloader将自动发起版本回滚流程，即将Last区域保存的应用程序数据覆盖到Current区域然后启动即可，其中检测应用程序启动成功或失败的方法，Bootloader启动应用程序之前，将某Flag做标记，打开内部看门狗，然后启动应用程序，若应用程序启动成功，关闭看门狗，并修改Flag标记，若应用程序启动失败，看门狗会触发系统重启，Bootloader检测到Flag无变化，则可知应用程序启动失败。

在具体应用时，本地升级管理通过系统维护网段向专用设备发送软件恢复出厂设置版本消息，专用设备向本地升级管理中心发送软件恢复出厂设置响应，自行完成设备软件的恢复出厂设置版本工作，其交互的本地版本管理为地面接收系统的各专用设备提供软件版本的集中管理能力，对于专用设备的升级软件部署实施工作均交由设备自身进行实现，PC端通过网口与网管模块连接进行网络通信，整个命令下发和数据传输都是通过该方式完成，当升级正确完成，单片机自动跳转到“当前（Current）”正常运行。

综上所述，借助于本发明的上述技术方案，通过不同部署地点地面站专用设备的快速升级管理，对当前信息的查询、升级软件部署、设备重启操作、恢复出厂设置等操作，简单灵活，实用性好，实现升级的异地操作，极大降低了地面接收系统的运维成本。

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，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于MCU及TFTP协议的远程升级功能实现方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1: 本地升级管理欲升级的地面接收系统的专用设备的应用软件通过建立TCP网络连接和经系统维护网段向专用设备发送当前运行软件版本查询消息；

S2: 专用设备获取软件版本信息并上报至本地升级管理中心进行本地判断是否执行软件的升级操作；

S3: 若要执行软件的升级操作，本地升级管理接收系统选择要升级的软件版本后，通过系统维护网段向专用设备发送软件部署指令，部署指令包括升级包的文件批次号、文件存储路径、用户名、密码及升级包校验信息；

S4: 专用设备向本地升级管理系统发送软件部署的反馈响应，进行确认是否开始执行软件的部署流程；

S5: 专用设备依据指令中的升级包下载路径,向本地升级管理中心申请文件下载，下载完成后，进行校验升级包数据，校验结果的反馈包括升级包是否下载成功,再向本地升级管理上报文件下载成功或下载失败；

S6: 升级包成功下载后，则专用设备执行完成设备软件的部署升级工作；

S7: 然后，专用设备上报本地版本管理中心的升级成功或失败状态，若升级失败，则自动运行上一版本程序软件；

S8: 本地升级管理系统通过系统的维护网段向专用设备发送软件恢复出厂设置的版本消息，专用设备向本地升级管理中心发送软件恢复出厂设置的响应，自行完成设备应用软件的恢复出厂设置版本工作。

2.根据权利要求1所述的基于MCU及TFTP协议的远程升级功能实现方法，其特征在于，所述专用设备即遥感卫星地面接收系统专用设备，专用设备设置了双网段通信，专用设备设置网段一来完成业务信息通信，包括参数查询令、查询响应、参数控制令及控制响应；专用设备设置网段二用于完成与本地升级管理完成的维护信息通信，包括专用设备的软件版本查询令、查询响应、重启控制令、软件升级控制令、控制响应、恢复出厂版本命令及响应。

3.根据权利要求1所述的基于MCU及TFTP协议的远程升级功能实现方法，其特征在于，所述远程升级实现方法与其交互的本地升级管理为遥感卫星地面接收系统的各专用设备提供软件版本的集中管理能力，其中包括提供版本查询和软件升级，对于专用设备的软件部署实施工作均交由设备自身进行实现。

4.根据权利要求1所述的基于MCU及TFTP协议的远程升级功能实现方法，其特征在于，所述地面接收系统的专用设备是依据软件下载路径采用TFTP协议向本地管理中心申请文件下载，本地升级管理为服务端。

5.一种基于MCU及TFTP协议的远程升级功能实现系统，其特征在于，包括MCU、外部存储芯片、接口芯片、网管模块软件，其中，

所述MCU，是负责数据采集、处理、状态实时存储及设备健康状况的上报，MCU还划分了用于存放Bootloader、应用程序和标志位的FLASH区；

所述外部存储芯片，是采用16Mbit的串行FLASH存储芯片，将遥感卫星地面接收系统的专用设备的各业务模块信息实时保存，保证遥感卫星地面接收系统的专用设备掉电重启后能读取掉电之前状态参数数据，同时确保本地升级管理欲升级地面接收系统的可靠运行；

所述接口芯片，包括RS485、RS232和以太网，负责实现所述MCU的TTL数据与外部用户RS232、RS485和以太网数据之间的接口、协议转换；

所述网管模块软件，采用了RT-Thread 3.0操作系统、全抢占式的实时操作系统内核和采用轻型的TCP/IP协议栈及多窗口多线程图形用户界面，使本地升级管理能通过以太网通信接口对多台设备同时进行远程管理，每台设备提供2个IPV4地址，负责管理端对常规业务监控及设备运维两种信息的分开管理。

6.根据权利要求5所述的基于MCU及TFTP协议的远程升级功能实现系统，其特征在于，所述Bootloader负责完成应用程序的检测、版本覆盖及启动功能；应用程序中负责实现业务信息的交互、基于TFTP协议的文件传输和版本的保存功能；所述标志位Flag区负责存放标志信息。

7.根据权利要求5所述的基于MCU及TFTP协议的远程升级功能实现系统，其特征在于，所述标志位Flag区存放的标志信息是通过单片机接收到的指令进行改变Flag标志信息，以此完成Bootloader和应用程序间的交互。

8.根据权利要求6所述的基于MCU及TFTP协议的远程升级功能实现系统，其特征在于，所述应用程序包括当前、最新、最近备份及出厂默认4个版本，均存储于可运行的应用程序中。

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