CN1277214C - 一种嵌入式系统升级的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种嵌入式系统升级的方法，通过为非易失性存储器划分逻辑区域，该逻辑区域至少包括系统升级过程标志区，并将非易失性存储器上原有待升级的数据复制到非易失性存储器的指定区域后，再对该非易失性存储器的某一部分进行升级操作，使系统在升级过程中出现意外中断的情况，能将非易失性存储器指定区域的数据恢复到原来的相应位置后，能够再次启动或自动重新进行升级。因此，本发明使嵌入式系统具有一定的自我修复能力，实现了对升级过程的灵活管理。应用本发明，不需要增加任何硬件，也不依赖于特定的操作系统，对于要求系统高可用性且又存在对系统升级需求的应用提供了一种低价可靠的解决方案。

Description

一种嵌入式系统升级的方法

技术领域

本发明涉及嵌入式系统技术领域，特别是指一种嵌入式系统升级的方法。

背景技术

在嵌入式系统中，由系统的运行环境和产品的功能等特点决定了嵌入式系统的非开放式的运行模式。在这种情况中，对嵌入式系统进行自动升级不但使产品延长寿命，而且保护了使用者的投资，即在不增加新投入的情况下增加了产品的新功能或修补了现有产品存在的缺陷。所以，对于一个含有嵌入式系统的产品而言，设计良好且功能强大的升级方案能为该产品带来较强的竞争力。

现有嵌入式系统的升级方案通常为将升级文件做成镜像文件，并将嵌入式系统中的非易失性存储器上原有的数据全部擦除后，再将镜像文件写到非易失性存储器上，以达到刷新升级的目的。

上述方案的缺陷在于：对于以非易失性存储器为永久存储介质的嵌入式系统而言，升级过程中一旦发生意外断电等异常情况时，系统将变得不可用，此时只能使用特殊的设备对该系统的非易失性存储器进行完整的刷新后，才能使该系统继续使用。该方案即不安全又使升级失败后重新恢复系统的工作变得费时费力，甚至在某些条件下根本无法实现系统的恢复。而且，上述升级方案必须对非易失性存储器的全部进行刷新升级，而不能对非易失性存储器中指定的某一个或几个部分的数据进行刷新升级操作，不便于管理。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种嵌入式系统升级的方法，即使系统在升级过程中意外中断，也能很方便的再次启动该系统。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种嵌入式系统升级的方法，该方法包括以下步骤：

a、为嵌入式系统的非易失性存储器上划分逻辑区域，该逻辑区域至少包含：用于保存系统升级过程中的状态的系统升级过程标志区，并指定一个区域用于保存升级操作前的待升级部分的数据；

b、当该系统需要升级时，下载所需的升级文件，并将非易失性存储器上待升级区域原有的数据复制到非易失性存储器的指定区域后，应用所下载的升级文件对该待升级区域进行升级操作；

c、该系统下一次启动时，判断上次升级过程是否正常结束，如果是，则正常启动该嵌入式系统，否则将上次升级前复制到非易失性存储器的指定区域数据恢复到原来的位置后，启动该嵌入式系统。

较佳地，步骤a所述逻辑区域进一步包括：启动代码区、操作系统区、文件系统区；所述指定用于保存升级操作前的待升级区域数据的区域为：容错区。

较佳地，所述系统升级过程标志区中保存的内容至少包括：升级成功标志、升级内容标志和升级数据长度参数。

较佳地，所述步骤b进一步包括：应用所下载的升级文件对该待升级区域升级完毕后，再判断非易失性存储器逻辑区域中是否还有区域需要升级，如果是，则重复执行步骤b，否则，正常启动该嵌入式系统。

较佳地，所述步骤b进一步包括：嵌入式系统引导程序通过外部连接方式与升级服务器进行连接，并根据从升级服务器下载的升级配置文件判断该系统是否需要升级。

较佳地，所述外部连接方式包括网络连接、串口连接、并口连接和USB连接。

较佳地，所述步骤b进一步包括：

将非易失性存储器上待升级原有的数据复制到非易失性存储器的指定区域后，将系统升级过程标志区中的升级成功标志置为否；

当升级操作完毕后，再将系统升级过程标志区中的升级成功标志置为成功；

步骤c所述上次升级过程是否正常结束是根据系统升级过程标志区中的升级成功标志来判断的。

较佳地，所述步骤c为：如果上次升级过程是非正常结束，该系统再次与升级服务器进行连接，并判断是否连接成功，如果是，则执行升级操作，否则，将上次升级前复制到非易失性存储器的指定区域数据恢复到原来的位置后，启动该嵌入式系统。

较佳地，所述步骤c进一步包括：将上次升级前复制到非易失性存储器的指定区域数据恢复到原来的位置后，重新执行升级操作。

较佳地，所述步骤b进一步包括：将非易失性存储器上待升级区域原有的数据复制到非易失性存储器的指定区域后，根据所复制数据的内容以及大小设置系统升级过程标志区中的升级内容标志和升级数据长度参数；所述步骤c是根据系统升级过程标志区中的升级内容标志，获得上次升级非正常结束前最后进行升级操作的对象，根据系统升级过程标志区中的升级数据长度参数，获得上次升级非正常结束前最后进行升级操作的数据长度后，从非易失性存储器的指定区域复制相应长度的数据，并重新写入到原来的位置。

较佳地，所述系统升级过程标志区中的升级成功标志为非易失性存储器中不同待升级逻辑区域共用的一个标志位，或不同待升级逻辑区域分别应用不同的标志位。

较佳地，所述非易失性存储器上待升级区域原有的数据为：待升级区域的全部数据或待升级区域的部分数据。

应用本发明，通过为非易失性存储器划分逻辑区域，并将非易失性存储器上原有待升级的数据复制到非易失性存储器的指定区域后，再对该非易失性存储器的某一部分进行升级操作，使得即使系统在升级过程中出现意外中断的情况，也能将非易失性存储器指定区域的数据恢复到原来的相应位置后，很方便的再次启动该系统。因此，本发明使得嵌入式系统在升级过程出现意外中断的情况下，具有一定的自我修复能力，即能够保证系统再次正常启动或自动重新进行升级。同时，由于应用本发明是对非易失性存储器的部分区域进行升级，因此，实现了对升级过程的灵活管理。应用本发明，不需要增加任何控制硬件，也不依赖于特定的操作系统，对于要求系统高可用性且又存在对系统升级需求的应用提供了一种低价可靠的解决方案。

附图说明

图1为应用本发明的对非易失性存储器进行逻辑划分后的示意图；

图2为本发明升级方法一较佳实施例的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚，以下参照附图并举实施例，对本发明做进一步详细说明。

本发明的思路是：为嵌入式系统的非易失性存储器上划分逻辑区域，并指定一个区域用于保存升级操作前的待升级部分的数据；当该系统需要升级时，下载所需的升级文件，并将待升级部分复制到非易失性存储器的指定区域后，应用所下载的数据文件对该待升级部分进行升级操作；该系统下一次启动时，判断上次升级过程是否正常结束，如果是，则正常启动该嵌入式系统，如果系统在上次升级过程中发生意外断电等情况而导致升级过程中断，则将上次升级前复制到非易失性存储器的指定区域数据恢复到原来的位置后，启动该嵌入式系统。这样，保证嵌入式系统总是可用。

图1所示为应用本发明的对非易失性存储器进行逻辑划分后的示意图。由于通常情况下，系统的非易失性存储器不会全部被占用，总会留有一些剩余空间，因此，将余下的空间用于容错区和系统升级过程标志区。这样，将系统的非易失性存储器在逻辑上划分为启动代码区101、操作系统区102、文件系统区103、容错区104和系统升级过程标志区105五个区域。其中，启动代码区101保存用于系统启动的基本初始化和引导代码，即通常意义上的bootloader，由于bootloader的主要功能是实现硬件系统的基本初始化和操作系统的加载，因此，为了保证系统在任何情况下都可用，不允许对bootlaoder进行重新刷写的操作；操作系统区102保存该嵌入式操作系统的内核代码；文件系统区103保存该嵌入式系统的文件系统；容错区104用于保存系统升级前的待升级部分的数据，即用于系统容错恢复时所用的数据，以防止由于升级过程意外中断，而导致系统下次无法正常启动的情况；系统升级过程标志区105用于保存系统升级过程中的状态，其包括升级成功标志、升级内容标志、升级数据长度参数以及厂商标志等等。每个区域的大小根据不同的实现系统进行不同的划分。

图2所示为本发明升级方法一较佳实施例的流程图。通过修改bootlaoder的流程，使嵌入式系统实现了带有容错机制的自动升级。

步骤201，系统启动时，bootloader通过外部的连接方式与升级服务器进行连接，并判断该连接是否连接成功，如果是，则执行步骤207，否则执行步骤202；其中，外部连接方式包括网络连接、串口连接、并口连接和USB连接等，bootloader将按照预先确定的顺序分别尝试通过以上的外部连接方式与服务器进行连接；

步骤202，检查系统的升级过程标志区中的升级成功标志；

步骤203，根据系统升级过程标志区中的升级成功标志判断上次的升级过程是否正常结束，如果是，则执行步骤212，否则执行步骤204；

步骤204，bootloader再次尝试能否与升级服务器进行连接，并判断是否连接成功，如果是，则执行步骤207，否则执行步骤205；

步骤205，bootloader读取升级过程标志区中的升级内容标志来确定上次非正常结束前最后进行升级操作的对象，并读取升级过程标志区中的升级数据长度参数来确定上次非正常结束前最后进行升级操作的数据长度；

步骤206，根据升级操作的数据长度，从容错区中复制相应长度的数据，并将该数据恢复到非易失性存储器中原来的相应位置后，将系统升级过程标志区中的升级成功标志置为成功后，执行步骤212；

步骤207，从服务器上下载升级配置文件，并根据升级配置文件中的标识字段判断该系统是否需要升级，如果是，则执行步骤208，否则直接执行步骤212；该升级配置文件由服务器升级管理程序根据用户的升级要求生成并放置在确定的目录下，且具有约定的格式，bootloader通过分析该配置文件，获取用户希望升级的区域，即操作系统区，或文件系统区，或操作系统区和文件系统区；

步骤208，bootlaoder向服务器申请下载操作系统区或文件系统区所需的升级文件，下载完毕后，执行步骤209；操作系统区的升级文件和文件系统区的升级文件分别由不同的文件名表示，且文件名由升级配置文件指定，且每次只能下载一种类型的文件；

步骤209，根据容错区的大小将当前待升级的文件复制到容错区，并将所复制数据的长度记录在系统升级过程标志区中的升级数据长度参数中；

步骤210，将系统升级过程标志区中的升级成功标志置为否，并将系统升级过程标志区中的升级内容标志标记为当前即将升级部分的标志后，利用下载的升级文件对相应区域，即操作系统区或文件系统区，进行升级；

步骤211，判断嵌入式系统中是否还有其它部分需要升级，如果是，则返回步骤208，否则将系统升级过程标志区中的升级成功标志置为成功后，执行步骤212；

步骤212，进行系统初始化以及加载操作，正常启动系统。上述方案中系统升级过程标志区中的升级成功标志可以是操作系统区与文件系统区共用一个标志位，也可以是操作系统区与文件系统区分别用不同的标志位。

下面以一嵌入式Linux系统为例，具体说明本发明的实现过程。

假设该嵌入式Linux系统中的闪存(flash)为4M，对该flash进行逻辑区域划分的结果为：启动代码区存放bootloader，并占用flash的前32K，操作系统区存放压缩后的操作系统，并占用其后的700K，文件系统区存放压缩后的文件系统，并占用随后的1500K，升级过程标志区存放状态标志，并占用flash的最后32K，文件系统区之后到系统升级标志区之前为容错区，该容错区大小为4000-32-700-1500-32，即约为1700K。

系统启动时，bootlaoder通过网络与服务器连接，并得到服务器端生成的升级配置文件，该配置文件要求嵌入式Linux系统用服务器端c盘下的os.bin文件对flash上的操作系统进行升级，用服务器端c盘下的filesystem目录中的myfs.bin文件对flash上的文件系统进行升级。

bootlaoder通过网络首先下载os.bin文件，并将flash上原有的操作系统区中已压缩的操作系统数据复制到flash上的容错区中，之后，将所复制数据的长度记录在系统升级过程标志区中的升级数据长度参数中，将系统升级过程标志区中的升级成功标志置为否，将系统升级过程标志区中的升级内容标志置为1(假设1代表升级操作系统，2代表升级文件系统)，然后用已下载的os.bin文件对flash上的操作系统区中的操作系统数据进行刷新。对操作系统的升级完成后，将系统升级过程标志区中的升级成功标志置为成功。此时，bootloader再从服务器下载myfs.bin文件，并将flash上原有的文件系统区中已压缩的文件系统数据复制到flash上的容错区，覆盖容错区中的现有文件后，并将所复制数据的长度记录在系统升级过程标志区中的升级数据长度参数中，将系统升级过程标志区中的升级成功标志置为否，将系统升级过程标志区中的升级内容标志置为2，然后用已下载的myfs.bin文件对flash上的文件系统区中的文件系统数据进行刷新。

如果在对文件系统进行升级的过程中发生了系统掉电等意外情况，而使升级过程中断，则当该嵌入式系统重新上电后，由于bootloader并未损坏，因此，bootloader仍可以正常运行。其具体过程如下：

该嵌入式Linux系统重新上电后，bootloader首先与升级服务器尝试连接，如果连接成功，则重新下载配置文件并按照其要求进行升级操作；否则，bootlaoder检查系统升级过程标志区中的升级成功标志，如果该标志为成功，则进行正常的系统初始化以及加载操作，启动该系统，但由于该系统上次升级时出现意外断电，因此系统的升级成功标志肯定为否，此时，bootloader再次尝试与升级服务器连接，如果连接成功，则重新下载配置文件并按照其要求进行升级操作；否则，bootlaoder检查系统升级过程标志区中的升级内容标志，由于上次中断时的升级操作是针对文件系统区，因此，该标志为2，于是bootloader读取系统升级过程标志区中的升级数据长度参数，获取上次升级前的文件系统大小为1500K，然后bootloader从容错区复制1500K的数据以覆盖现在文件系统区中的数据，并将系统升级过程标志区中的升级成功标志置为成功后，进行正常的系统初始化以及加载操作，以启动该系统。由此可见，即使系统在升级时发生意外中断的情况，系统依然是可启动，并且是可用的。

容错区的大小根据系统的非易失性存储介质的大小以及对系统安全性和成本的综合考虑来决定。如果系统对安全性要求较高，则建议采用容量较大的非易失性存储介质，以保证容错区的大小与压缩后的操作系统和压缩后的文件系统所占空间的最大值相同或稍大，这样才能使经容错恢复后的系统正常启动。如果系统对安全性要求不高，也可采用容量较小的非易失性存储介质，以节约成本。如果容错区的大小比压缩后的操作系统和压缩后的文件系统所占空间的最大值小，则在刷新相应的区域时，容错区有多大，就复制相应长度的数据放入容错区。在这种情况下，当容错区中的数据被恢复回去后，并不能保证系统能够进入可使用状态。但由于系统的bootloader总是可用的，即使发生了由于容错区太小而使恢复回去的数据不可用的情况，系统至少能够通过bootloader与升级服务器的交互来进行一次新的升级过程，这样使系统避免了由于升级失败而必须要使用特殊的设备来刷新该系统的情况。

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，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1、一种嵌入式系统升级的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

a、为嵌入式系统的非易失性存储器上划分逻辑区域，该逻辑区域至少包括：用于保存系统升级过程中的状态的系统升级过程标志区；并指定一个区域用于保存升级操作前的待升级区域的数据；

b、当该系统需要升级时，下载所需的升级文件，并将非易失性存储器上待升级区域的原有数据复制到非易失性存储器的指定区域后，应用所下载的升级文件对该待升级区域进行升级操作；

c、该系统下一次启动时，根据升级过程标志区保存的升级状态判断上次升级过程是否正常结束，如果是，则正常启动该嵌入式系统，否则将上次升级前复制到非易失性存储器的指定区域数据恢复到原来的位置后，启动该嵌入式系统。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤a所述逻辑区域还包括：启动代码区、操作系统区、文件系统区；所述指定用于保存升级操作前的待升级区域数据的区域为容错区。

3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述系统升级过程标志区中保存的内容至少包括：升级成功标志、升级内容标志和升级数据长度参数。

4、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤b进一步包括：应用所下载的升级文件对该待升级区域升级完毕后，再判断非易失性存储器逻辑区域中是否还有区域需要升级，如果是，则重复执行步骤b，否则，执行步骤c。

5、根据权利要求1或4所述的方法，其特征在于，所述步骤b进一步包括：嵌入式系统引导程序通过外部连接方式与升级服务器进行连接，并根据从升级服务器下载的升级配置文件判断该系统是否需要升级。

6、根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述外部连接方式包括网络连接、串口连接、并口连接和USB连接。

7、根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤b进一步包括：

将非易失性存储器上待升级区域的原有数据复制到非易失性存储器的指定区域后，将系统升级过程标志区中的升级成功标志置为否；

当升级操作完毕后，再将系统升级过程标志区中的升级成功标志置为是；

步骤c所述上次升级过程是否正常结束是根据系统升级过程标志区中的升级成功标志来判断的。

8、根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤c为：如果上次升级过程是非正常结束，该系统再次与升级服务器进行连接，并判断是否连接成功，如果是，则执行升级操作，否则，将上次升级前复制到非易失性存储器的指定区域数据恢复到原来的位置后，启动该嵌入式系统。

9、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤c进一步包括：将上次升级前复制到非易失性存储器的指定区域数据恢复到原来的位置，并启动该嵌入式系统后，重新执行步骤b。

10、根据权利要求3所述的方法，其特征在于，

所述步骤b进一步包括：将非易失性存储器上待升级区域的原有数据复制到非易失性存储器的指定区域后，根据所复制数据的内容以及大小设置系统升级过程标志区中的升级内容标志和升级数据长度参数；

所述步骤c是根据系统升级过程标志区中的升级内容标志，获得上次升级非正常结束前最后进行升级操作的对象，根据系统升级过程标志区中的升级数据长度参数，获得上次升级非正常结束前最后进行升级操作的数据长度后，从非易失性存储器的指定区域复制相应长度的数据，并重新写入到原来的位置。

11、根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述系统升级过程标志区中的升级成功标志为非易失性存储器中不同待升级逻辑区域共用的一个标志位，或不同待升级逻辑区域分别应用不同的标志位。

12、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述非易失性存储器上待升级区域原有的数据为：待升级区域的全部数据或待升级区域的部分数据。