CN116069359A - 基于Cortex内核芯片的程序在线更新方法及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于Cortex内核芯片的程序在线更新方法及设备,涉及芯片程序更新技术领域,解决了系统设计中没有预留专用程序更新升级接口时的Cortex内核单片机软件升级更新的问题,其技术方案要点是:包括中心服务器、业务数据通道和多个节点;所述中心服务器通过所述应用业务数据通道和各个所述节点相连,所述应用业务数据通道是指系统完成应用功能所需的数据传输通道;当进行程序更新时,中心服务器运行调度软件与各个节点通讯,将烧写文件经应用业务数据通道发送至节点,完成所述节点的程序在线更新;通过数据业务通道进行程序在线更新。
Description
技术领域
本发明涉及芯片程序更新技术领域,更具体地说,它涉及一种基于Cortex内核芯片的程序在线更新方法及设备。
背景技术
随着电子技术的快速发展,消费电子、工业应用、军工国防、航空航天等领域对嵌入式设备的软件程序升级更新需求越来越多,电子设备系统的复杂度和集成度越来越高,留给设计人员和维护人员的对外接口和人机交互空间资源越来越少,单片机在这些嵌入式系统中作为底层必不可少的关键器件,系统层级大概率上不会设计专门的更新升级接口,对外硬件接口和可操作的接口对接空间基本上被数据业务功能占用。
因此,发明人提出一种基于Cortex内核芯片的程序在线更新系统及方法,解决系统设计中没有预留专用程序更新升级接口时的Cortex内核单片机软件升级更新的问题。可以应用于无人机、无人潜航器、机器人、智能制导等大规模、蜂群式嵌入式电子设备的Cortex内核单片机软件升级更新。
发明内容
本申请的目的是提供一种基于Cortex内核芯片的程序在线更新方法及设备,通过数据业务通道进行程序在线更新,解决上述问题。
本申请首先提供基于Cortex内核芯片的程序在线更新方法,包括
中心服务器、业务数据通道和多个节点;
所述中心服务器通过所述应用业务数据通道和各个所述节点相连,所述应用业务数据通道是指系统完成应用功能所需的数据传输通道;
当进行程序更新时,中心服务器运行调度软件与各个节点通讯,将烧写文件经应用业务数据通道发送至节点,完成所述节点的程序在线更新。
采用上述技术方案,在需要进行软件更新时,中心服务器和每个节点进行数据通信,完成每个节点的程序在线更新;无需额外的硬件接口设计,在应用业务通信接口预留数据传输通道即可实现软件更新和软件升级数据的传输,可以节省对外接口空间占用和硬件成本。
进一步的,调度软件具备三种模式:并行模式、串行模式和混合模式。
进一步的,所述并行模式,包括:
调度软件处于并行模式时,各个节点访问中心服务器;
当节点在中心服务器上读取到在线更新任务时,节点主动向中心服务器发起烧写文件的传输请求,中心服务器收到传输请求后向节点发送发烧写文件;
节点执行烧写动作,进行程序在线更新。
进一步的,中心服务器收到传输请求后向节点发送发烧写文件,包括:
中心服务器收到传输请求后,检查传输请求的合法性,如果合法则解析传输请求中的文件偏移地址,检查文件偏移地址是否合法,如果合法则根据文件偏移地址传输烧写文件;
如果传输请求和文件偏移地址任一不合法,则立即停止本次循环,重新等待传输请求。
进一步的,所述串行模式,包括:
调度软件处于串行模式时,中心服务器对各节点进行心跳检测,获得节点的状态信息,包括在线和离线;
当接收到更新指令时,中心服务器依次向各在线节点发送烧写文件;
各节点执行烧写动作,进行程序在线更新。
进一步的,中心服务器对各节点进行心跳检测,获得节点的状态信息,包括:
调度软件向各节点周期性发送心跳检测包;
各节点收到心跳检测包后向调度软件发送心跳响应包,心跳响应包包含软件版本;
如果调度软件收到节点的心跳响应包,则更新对应节点信息中的软件版本,并将对应节点的状态信息设置为在线,如果调度软件没有收到节点的心跳响应包,则设置对应节点的状态信息为离线状态。
进一步的,所述混合模式,包括:
当调度软件处于混合模式时,设定各个节点的节点类型,包括设备节点和蜂群节点;
根据节点类型划分网络拓扑,对于设备节点的网络拓扑,选择串行模式或并行模式,对于蜂群节点的网络拓扑采用串行模式。
本申请第二方面,提供一种电子设备,包括存储器、处理器及存储在所述存储器上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程序时实现如上所述的基于Cortex内核芯片的程序在线更新方法。
本申请第二方面,提供一种非暂态计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于,所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的基于Cortex内核芯片的程序在线更新方法。
本申请第三方面,提供一种计算机程序产品,包括计算机程序,其特征在于,所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述基于Cortex内核芯片的程序在线更新方法。
与现有技术相比,本申请提供的基于Cortex内核芯片的程序在线更新方法及设备,具有以下有益效果:
1、在系统层级不需要设计专门的仿真器硬件电路,节省对外接口空间占用和硬件成本;
2、通过软件编程手段更新程序段数据,简化操作步骤,减少维护操作工序,降低维护管理难度;
3、使用该方法可实现产品大规模、蜂群式设备节点的自动化软件升级,减少维护人员工作量,降低维护成本。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解,构成本申请的一部分,并不构成对本发明实施例的限定。在附图中:
图1为本发明一实施例提供的程序在线更新系统的结构示意图;
图2为本发明一实施例提供的并行模式流程图;
图3为本发明一实施例提供的串行模式流程图;
图4为本发明一实施例提供的混合模型系统拓扑网络图;
图5为本发明一实施例提供的电子设备的结构示意图。
附图中标记及对应的零部件名称:
410、处理器;420、通信接口;430、存储器;440、通信总线。
具体实施方式
在下文中,可在本申请的各种实施例中使用的术语“包括”或“可包括”指示所申请的功能、操作或元件的存在,并且不限制一个或更多个功能、操作或元件的增加。此外,如在本申请的各种实施例中所使用,术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合,并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。
在本申请的各种实施例中,表述“或”或“B或/和C中的至少一个”包括同时列出的文字的任何组合或所有组合。例如,表述“B或C”或“B或/和C中的至少一个”可包括B、可包括C或可包括B和C二者。
在本申请的各种实施例中使用的表述(诸如“第一”、“第二”等)可修饰在各种实施例中的各种组成元件,不过可不限制相应组成元件。例如,以上表述并不限制所述元件的顺序和/或重要性。以上表述仅用于将一个元件与其它元件区别开的目的。例如,第一用户装置和第二用户装置指示不同用户装置,尽管二者都是用户装置。例如,在不脱离本申请的各种实施例的范围的情况下,第一元件可被称为第二元件,同样地,第二元件也可被称为第一元件。
应注意到:如果描述将一个组成元件“连接”到另一组成元件或与另一组成元件“相连”,则可将第一组成元件直接连接到第二组成元件,并且可在第一组成元件和第二组成元件之间“连接”第三组成元件。相反地,当将一个组成元件“直接连接”到另一组成元件或与另一组成元件“直接相连”时,可理解为在第一组成元件和第二组成元件之间不存在第三组成元件。
在本申请的各种实施例中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的并且并非意在限制本申请的各种实施例。如在此所使用,单数形式意在也包括复数形式,除非上下文清楚地另有指示。除非另有限定,否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本申请的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义,除非在本申请的各种实施例中被清楚地限定。
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚明白,下面结合实施例和附图,对本申请作进一步的详细说明,本申请的示意性实施方式及其说明仅用于解释本申请,并不作为对本申请的限定。
实施例1
本实施例提供一种基于Cortex内核芯片的程序在线更新方法,解决系统没有预留程序更新专用接口时,单片机的程序更新问题,通过数据业务通道进行程序在线更新升级,支持大规模、蜂群式的海量设备程序自动更新。
参见图1所示,图1为程序在线更新系统的结构示意图,系统包括:
中心服务器、业务数据通道和多个节点;
所述中心服务器通过所述应用业务数据通道和各个所述节点相连,所述应用业务数据通道是指系统完成应用功能所需的数据传输通道;
当进行程序更新时,中心服务器运行调度软件与各个节点通讯,将烧写文件经应用业务数据通道发送至节点,完成所述节点的程序在线更新。
具体地,中心服务器通过应用业务的数据传输通道和每一个节点相连,在需要进行程序更新时,中心服务器和每个节点进行数据通信,完成每个节点的程序在线更新;每个节点在线更新完成后,根据具体需要决定是否重启运行更新后的程序;应用业务数据通道为程序在线更新过程中可能用到的数据传输通道的总称,不特指某一具体的数据传输通道,应用业务数据通道是指系统完成应用功能需要的数据传输通道。中心服务器和各个节点通过节点ID进行区分,节点ID为节点和中心服务器的唯一标识,中心服务器节点ID为0,其他不同节点的节点ID不同。
进一步地,调度软件具备三种模式:并行模式、串行模式和混合模式。调度软件的三种模式主要区别是:使用不同的方式将烧写文件传输到每一个节点,烧写文件一般为hex文件、bin文件、out文件等。在实际运用中,可以单独实现一种或者多种模式,根据需要实时配置工作模式。下面详细阐述调度软件的三种模式。
A、并行模式,包括:
A1、调度软件处于并行模式时,各个节点访问中心服务器;
A2、当节点在中心服务器上读取到在线更新任务时,节点主动向中心服务器发起烧写文件的传输请求,中心服务器收到传输请求后向节点发送发烧写文件;
A3、节点执行烧写动作,进行程序在线更新。
具体地,调度软件运行访问中心服务器,中心服务器对所有节点开放,所有节点均可以主动访问中心服务器,在中心服务器上发布程序在线更新任务,当节点读取到在线更新任务时,节点主动向中心服务器发起烧写文件传输请求,中心服务器收到文件传输请求后发送发烧写文件到请求的目的节点,烧写文件是单片机源代码编译成功后生成的编译结果,节点中的单片机获取到烧写文件后进行程序在线更新动作。为应对多个节点同时读取到在线更新任务后,中心服务器同时发送烧写文件的情况,中心服务器模型需要选用并发中心服务器模型来解决向多个节点同时发送烧写文件的问题。并行模式软件处理流程如图2所示。并行模式主要解决所有在线节点的软件快速更新,所有节点可以同时进行在线更新,不用等待其他节点的工作状态,使整个节点网络所有单片机能快速完成程序在线更新。假设节点个数为num,烧写文件大小为size,单个单片机程序更新时间为ts,中心服务器应用业务数据通道出口带宽为w,所有节点完成程序在线更新花费的时间tt=num×size÷w+ts。
进一步地,步骤A2中,中心服务器收到传输请求后向节点发送发烧写文件,包括:
中心服务器收到传输请求后,检查传输请求的合法性,如果合法则解析传输请求中的文件偏移地址,检查文件偏移地址是否合法,如果合法则根据文件偏移地址传输烧写文件;如果传输请求和文件偏移地址任一不合法,则立即停止本次循环,重新等待传输请求。
在等待传输请求步骤中,中心服务器等待的是所有节点的传输请求,而不是某一个节点的传输请求。节点发起的传输请求和中心服务器响应的传输请求的通信协议数据帧格式如表1、表2。并行模式的文件传输请求响应通信协议格式中文件数据大小最大为32字节,目的是使传输的数据帧不至于太大,不至于使某一节点的文件传输长时间占用中心服务器传输资源,导致中心服务器不能响应其他节点。
表1文件传输请求通信协议格式
表2文件传输请求响应通信协议格式
B、串行模式,包括:
B1、调度软件处于串行模式时,中心服务器对各节点进行心跳检测,获得节点的状态信息,包括在线和离线;
B2、当接收到更新指令时,中心服务器依次向各在线节点发送烧写文件;
B3、各节点执行烧写动作,进行程序在线更新。
进一步地,步骤B1,包括:
B11、调度软件向各节点周期性发送心跳检测包;
B12、各节点收到心跳检测包后向调度软件发送心跳响应包,心跳响应包包含软件版本;如果调度软件收到节点的心跳响应包,则更新对应节点信息中的软件版本,并将对应节点的状态信息设置为在线,如果调度软件没有收到节点的心跳响应包,则设置对应节点的状态信息为离线状态。
具体地,调度软件运行前,由系统管理员录入所有节点信息,这些节点信息包含节点ID、软件版本、状态信息、节点类型。其中状态信息在系统管理员录入时默认为离线状态,软件版本默认为V0.00,节点类型在串行模式中保留不使用。调度软件串行模式运行时,首先进行节点信息初始化,初始化阶段会根据所有节点信息中的节点ID向所有对应ID的节点进行心跳检测。心跳检测启动后,调度软件会周期性发送心跳检测包,节点收到心跳检测包后向调度软件发送心跳响应包,心跳响应包包含软件版本。调度软件收到心跳节点n的响应包后更新对应节点信息中的软件版本,并将对应节点的状态信息设置为在线;如果调度软件没有收到心跳响应包,则设置对应节点的状态信息为离线。初始化完成后,调度软件串行模式进入待机状态,等待用户输入更新指令,如果收到更新指令,调度软件会根据节点信息中的节点ID依次向不同的在线节点发送烧写文件。烧写文件的发送根据节点ID大小顺序执行当发送完节点x的烧写文件数据后,等待节点x执行烧写动作后,再进行节点x+1的烧写文件发送,循环执行,直到所有在线节点完成烧写文件数据发送和烧写动作。串行模式软件流程如图3。调度软件发送烧写文件时,和各个节点的通信协议使用并行模式文件传输请求响应通信协议格式,如表2,文件数据大小字段的取值范围为1~最大文件大小,文件数据字段的字段大小设计为最大烧写文件的大小。串行模式时,中心服务器和各个节点单独通信,不存在长时间占用中心服务器传输资源的问题。
C、混合模式,包括:
C1、当调度软件处于混合模式时,设定各个节点的节点类型,包括设备节点和蜂群节点;
C2、根据节点类型划分网络拓扑,对于设备节点的网络拓扑,选择串行模式或并行模式,对于蜂群节点的网络拓扑采用串行模式。
具体地,调度软件混合模式和串行模式相似,调度软件运行前,由系统管理员录入所有节点信息,这些节点信息包含节点ID、软件版本、状态信息、节点类型。其中状态信息在系统管理员录入时默认为离线状态,软件版本默认为V0.00,节点类型需要系统管理员指定为设备节点,或者蜂群节点。根据设备节点类型进行分类,同一节点类型的节点统一划分到一个节点网络拓扑中,如图4,不同节点网络拓扑中的节点采用不同的工作模式。设备节点网络拓扑根据实际应用选择串行模式或者并行模式。需要注意的是:蜂群节点网络拓扑中的一个蜂群节点代表一个蜂群群体,而不是一个蜂群中的一个个体,基于蜂群互联的不确定性,在针对蜂群节点进行程序在线更新时,一旦与蜂群中的某一个个体建立连接,立即将烧写文件完整的发送给该建立连接的个体,保证烧写文件一次传输完成,蜂群得到烧写文件后,通过蜂群内部的信息共享机制共享到所有个体。所以蜂群节点网络拓扑只能采用串行模式,保证和蜂群之间的烧写文件传输为一次性传输,保证原子操作性。当程序在线更新对象既有设备节点,又有蜂群节点时,调度软件建议采用混合模式设计。
需要说明的是,应用业务数据通道指系统中将中心节点(即中心服务器)和各个设备中单片机进行连接的数据链路,如高速接口:SRIO、PCIE、万兆网/千兆网等,如低速接口:低速串行口(RS422、RS485、UART)、1553B、PMBUS(I2C)等,这些软硬件数据链路本身为系统的应用业务功能做支持,对这些数据链路进行时分复用,传输烧写文件数据。Cortex架构的单片机烧写文件一般小于1M字节,对应用业务数据链路占用不大,可视情况考虑是否在进行程序在线更新时停止应用业务数据,来加快网络中所有节点的程序在线更新速度。所有设备或者蜂群中的单片机需要设计程序在线更新功能,在单模块、单板或者单机生产出厂时需要固化程序在线更新功能软件。
Cortex架构的单片机外设一般为以太网、FMC并行或者低速串行口,低速串行口包含(SPI、UART、I2C)。为解决Cortex架构的单片机外设接口和系统数据链路接口不一致的问题,还可以设计接口转发单元,该接口转发单元只对数据做转发,不对接口时序做转发。接口转发单元可采用FPGA加接口芯片的实现方法,FPGA能实现SRIO、PCIE、万兆网/千兆网、低速串行口(RS422、RS485、UART)、1553B、PMBUS(I2C)等数据链路接口;FPGA能实现SRIO、PCIE、万兆网/千兆网等,低速串行口(RS422、RS485、UART)、1553B、PMBUS(I2C)等数据链路接口。
通过本实施例1提供的基于Cortex内核芯片的程序在线更新方法,完成图1所示的系统框图、相关配套软件和程序在线更新固件。可以达到在系统层级不需要设计专门的仿真器硬件电路就可以实现所有节点的单片机程序在线更新,节省对外接口空间占用和硬件成本。服务器运行调度软件,调度软件可配置为并行模式、串行模式和混合模式,不同模式可应对不同的应用场景。串行模式适用于对在线更新流程可靠性要求较高的场合,只有当目的节点软件更新完成后才会更新下一个节点,如果软件更新过程中出现错误,调度软件会停下来等待管理员介入进行错误报告整理、保存和处理,不会导致大规模的节点更新失败的情况;并行模式适用于对整个节点网络软件更新时间要求较高的场景,并行模式下,几乎所有的节点程序在线更新动作并行进行,软件更新时间短;混合模式适用于包含蜂群节点的系统程序在线更新;大规模的节点网络,程序在线更新正常情况下由调度软件自动化运行,对所有节点进行程序在线更新,没有繁琐的操作步骤和工序,降低了对维护操作人员的技术要求和操作难度;大规模的节点网络,程序在线更新正常情况下由调度软件自动化运行,无需维护人员到每一个节点现场进行软件更新,减少因距离产生的维护人工成本和时间成本。
实施例2
本实施例首先提供一种电子设备,包括存储器、处理器及存储在所述存储器上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程序时实现实施例2所述的基于Cortex内核芯片的程序在线更新方法。
如图5所示,该电子设备可以包括:处理器410、通信接口420、存储器430和通信总线440,其中,处理器410,通信接口420,存储器430通过通信总线440完成相互间的通信。处理器410可以调用存储器430中的逻辑指令,以执行基于Cortex内核芯片的程序在线更新方法,该方法包括:当进行程序更新时,中心服务器运行调度软件与各个节点通讯,将烧写文件经应用业务数据通道发送至节点,完成所述节点的程序在线更新。
此外,上述的存储器430中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时,可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解,本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品存储在一个存储介质中,包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机,服务器,或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括:U盘、移动硬盘、只读存储器、随机存取存储器、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
另一方面,本发明还提供一种计算机程序产品,所述计算机程序产品包括计算机程序,计算机程序可存储在非暂态计算机可读存储介质上,所述计算机程序被处理器执行时,计算机能够执行上述基于Cortex内核芯片的程序在线更新方法,该方法包括:当进行程序更新时,中心服务器运行调度软件与各个节点通讯,将烧写文件经应用业务数据通道发送至节点,完成所述节点的程序在线更新。
又一方面,本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述基于Cortex内核芯片的程序在线更新方法,该方法包括:当进行程序更新时,中心服务器运行调度软件与各个节点通讯,将烧写文件经应用业务数据通道发送至节点,完成所述节点的程序在线更新。
以上所述的具体实施方式,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施方式而已,并不用于限定本发明的保护范围,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,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.基于Cortex内核芯片的程序在线更新方法,其特征是:包括
中心服务器、业务数据通道和多个节点;
所述中心服务器通过所述应用业务数据通道和各个所述节点相连,所述应用业务数据通道是指系统完成应用功能所需的数据传输通道;
当进行程序更新时,中心服务器运行调度软件与各个节点通讯,将烧写文件经应用业务数据通道发送至节点,完成所述节点的程序在线更新。
2.根据权利要求1所述的基于Cortex内核芯片的程序在线更新方法,其特征是:调度软件具备三种模式:并行模式、串行模式和混合模式。
3.根据权利要求2所述的基于Cortex内核芯片的程序在线更新方法,其特征是:所述并行模式,包括:
调度软件处于并行模式时,各个节点访问中心服务器;
当节点在中心服务器上读取到在线更新任务时,节点主动向中心服务器发起烧写文件的传输请求,中心服务器收到传输请求后向节点发送发烧写文件;
节点执行烧写动作,进行程序在线更新。
4.根据权利要求3所述的基于Cortex内核芯片的程序在线更新方法,其特征是:中心服务器收到传输请求后向节点发送发烧写文件,包括:
中心服务器收到传输请求后,检查传输请求的合法性,如果合法则解析传输请求中的文件偏移地址,检查文件偏移地址是否合法,如果合法则根据文件偏移地址传输烧写文件;
如果传输请求和文件偏移地址任一不合法,则立即停止本次循环,重新等待传输请求。
5.根据权利要求2所述的基于Cortex内核芯片的程序在线更新方法,其特征是:所述串行模式,包括:
调度软件处于串行模式时,中心服务器对各节点进行心跳检测,获得节点的状态信息,包括在线和离线;
当接收到更新指令时,中心服务器依次向各在线节点发送烧写文件;
各节点执行烧写动作,进行程序在线更新。
6.根据权利要求5所述的基于Cortex内核芯片的程序在线更新方法,其特征是:中心服务器对各节点进行心跳检测,获得节点的状态信息,包括:
调度软件向各节点周期性发送心跳检测包;
各节点收到心跳检测包后向调度软件发送心跳响应包,心跳响应包包含软件版本;
如果调度软件收到节点的心跳响应包,则更新对应节点信息中的软件版本,并将对应节点的状态信息设置为在线,如果调度软件没有收到节点的心跳响应包,则设置对应节点的状态信息为离线状态。
7.根据权利要求2所述的基于Cortex内核芯片的程序在线更新方法,其特征是:所述混合模式,包括:
当调度软件处于混合模式时,设定各个节点的节点类型,包括设备节点和蜂群节点;
根据节点类型划分网络拓扑,对于设备节点的网络拓扑,选择串行模式或并行模式,对于蜂群节点的网络拓扑采用串行模式。
8.一种电子设备,包括存储器、处理器及存储在所述存储器上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程序时实现如权利要求2至7任一项所述的基于Cortex内核芯片的程序在线更新方法。
9.一种非暂态计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,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2至7任一项所述的基于Cortex内核芯片的程序在线更新方法。
10.一种计算机程序产品,包括计算机程序,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2至7任一项所述基于Cortex内核芯片的程序在线更新方法。
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