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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft die Aktualisierung der Firmware eines Feldgeräts. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren sowie ein Feldgerät zur verbesserten Aktualisierung eines Hauptteils einer Firmware des Feldgeräts während eine anwendungsspezifische Funktionalität des Feldgeräts fortgeführt wird, wobei die Firmware zwei Teile umfasst, einen Boot- und den Hauptteil.
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Technischer Hintergrund
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Moderne Feldgeräte weisen in vielen Anwendungsbereichen eine erhebliche Firmware-Komplexität auf. Damit ist häufig der Wunsch verbunden, die Firmware im Feld aktualisieren zu können. Aus verschiedenen Gründen kann es dabei wichtig sein, die anwendungsspezifische Funktionalität des Feldgeräts während der Übertragung der neuen Firmware fortführen zu können. Insbesondere ist dies der Fall, wenn die Übertragung der neuen Firmware aufgrund von Limitierungen der Kommunikationsschnittstelle lange dauert, und wenn das Feldgerät in ein System eingebunden ist, dessen Unterbrechung nur mit großem Aufwand oder hohen Kosten möglich ist. Bei einigen Kommunikationsschnittstellen kann die Übertragung einer neuen Firmware mehrere Stunden in Anspruch nehmen. Weiterhin ist es wichtig, dass die Aktualisierung der Firmware des Feldgeräts robust gegen eventuelle Störungen abläuft. Zum Beispiel sollte eine Unterbrechung der Energiezufuhr das Feldgerät nicht in einen undefinierten Zustand überführen können oder zu einem längerfristigen Ausfall des Feldgeräts führen.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Eine Aufgabe der Erfindung besteht in der Realisierung der Aktualisierung der Firmware eines Feldgeräts, ohne dass die anwendungsspezifische Funktionalität des Feldgeräts für längere Zeit unterbrochen wird. Außerdem soll die Aktualisierung der Feldgerätefirmware robust gegen Störungen erfolgen.
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Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung.
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Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aktualisierung eines Hauptteils einer Firmware eines Feldgeräts, wobei die Firmware aus dem Haupt- und einem Boot-Teil besteht und das Verfahren die folgenden Schritte aufweist. Ein neuer Hauptteil der Firmware wird in einen externen persistenten Aktualisierungsspeicher des Feldgeräts übertragen, während eine anwendungsspezifische Funktionalität des Feldgeräts fortgeführt wird. Ein alter Hauptteil der Firmware wird aus einem internen Speicher eines Prozessors des Feldgeräts gelöscht. Weiterhin wird der neue Hauptteil der Firmware aus dem externen persistenten Aktualisierungsspeicher in den internen Speicher des Prozessors übertragen.
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Dabei stellt der Hauptteil der Firmware grundlegende Betriebssystemfunktionalitäten, eine Kommunikationsschnittstelle sowie Algorithmen der anwendungsspezifischen Funktionalität des Feldgeräts zur Verfügung. Zunächst wird ein neuer Hauptteil der Firmware von einem externen Peripheriegerät in einen externen persistenten Aktualisierungsspeicher des Feldgeräts übertragen, während eine anwendungsspezifische Funktionalität des Feldgeräts fortgeführt wird. Die Übertragung des neuen Hauptteils der Firmware kann insbesondere über eine Feldbusschnittstelle, eine Vorortschnittstelle oder über eine Funkschnittstelle erfolgen. Die Fortführung der anwendungsspezifischen Funktionalität des Feldgeräts erfolgt parallel oder scheinbar parallel. Im Fall der scheinbar parallelen Fortführung der anwendungsspezifischen Funktionalität des Feldgeräts steuert ein Scheduler die Abarbeitung der Prozesse mittels präemptivem Multitasking. Die Fortführung der anwendungsspezifischen Funktionalität des Feldgeräts während der Übertragung eines neuen Hauptteils der Firmware ist in der Regel nur dann möglich, wenn für die neue Firmware ein dedizierter Speicherbereich zur Verfügung steht. Dabei handelt es sich vorteilhafterweise um einen externen Aktualisierungsspeicher, da es aufgrund der zunehmenden Komplexität der Firmware häufig nicht möglich ist, mehr als einen Hauptteil der Firmware in dem internen Speicher des Prozessors zu speichern. Die Persistenz des externen Aktualisierungsspeichers ist wichtig, damit bei einer Störung wie zum Beispiel einer Unterbrechung der Energiezufuhr des Feldgeräts während der Übertragung des neuen Hauptteils der Firmware die bereits korrekt übertragenen Firmware-Daten nicht verloren gehen. Abhängig von der Kommunikationsschnittstelle kann die Übertragung der neuen Firmware in den externen persistenten Aktualisierungsspeicher mehrere Stunden dauern.
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Nach der Übertragung des neuen Hauptteils der Firmware in den externen persistenten Aktualisierungsspeicher kann vorteilhafterweise die Vollständigkeit des neuen Hauptteils der Firmware überprüft werden. Nach erfolgreicher Überprüfung der Vollständigkeit des neuen Hauptteils der Firmware wird der bisherige Hauptteil der Firmware aus dem internen Speicher des Prozessors gelöscht. Anschließend wird der neue Hauptteil der Firmware aus dem externen persistenten Aktualisierungsspeicher in den internen Speicher des Prozessors programmiert. Die Programmierung des neuen Hauptteils der Firmware in den internen Speicher des Prozessors erfolgt innerhalb kurzer Zeit, in der Regel innerhalb weniger Sekunden. Dabei ist die Persistenz des externen Aktualisierungsspeichers von besonderer Bedeutung, damit beispielsweise bei einer Unterbrechung der Energieversorgung des Feldgeräts der neue Hauptteil der Firmware nicht verloren geht. Wäre der externe Aktualisierungsspeicher nicht persistent, so müsste bei einer Unterbrechung der Energieversorgung des Feldgeräts zunächst ein neuer Hauptteil der Firmware in den Aktualisierungsspeicher übertragen werden, was wie oben erläutert abhängig von der Kommunikationsschnittstelle mehrere Stunden erfordern kann. Während dieser Zeit könnte die anwendungsspezifische Funktionalität des Feldgeräts nicht ausgeführt werden. Demgegenüber kann mit einem persistenten externen Aktualisierungsspeicher die Unterbrechung der anwendungsspezifischen Funktionalität des Feldgeräts im Wesentlichen auf die Programmierung des neuen Hauptteils der Firmware aus dem externen Aktualisierungsspeicher in den internen Speicher des Prozessors beschränkt werden. Das Programmieren des neuen Hauptteils der Firmware aus dem externen persistenten Aktualisierungsspeicher in den internen Speicher des Prozessors kann über einen seriellen oder parallelen Bus erfolgen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Feldgerät ein Füllstandmessgerät und die anwendungsspezifische Funktionalität die Füllstandmessung.
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Das Füllstandmessgerät ist daher zur Durchführung der hierin beschriebenen Aktualisierung des Hauptteils der Firmware ausgeführt. Dabei kann es sich insbesondere um radarbasierte, ultraschallbasierte, kapazitive, hydrostatische oder radiometrische Füllstandmessgeräte handeln. Füllstandmessgeräte werden zum Beispiel in der chemischen Industrie angewandt, wo sie in komplexe Herstellungsprozesse eingebunden sein können. Eine Unterbrechung solcher Prozesse zur Aktualisierung der Firmware eines Füllstandmessgeräts verbietet sich in den meisten Fällen aufgrund der damit verbundenen hohen Kosten. Daher ist es wichtig, dass die Firmware der Füllstandmessgeräte robust gegen Störungen und ohne lange Unterbrechung der Füllstandmessung aktualisiert werden kann. Dieses Ausführungsbeispiel des Füllstandmessgeräts kann mit allen im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen kombiniert werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird der neue Hauptteil der Firmware paketweise in einer Schleife in den externen persistenten Aktualisierungsspeicher übertragen, während die anwendungsspezifische Funktionalität des Feldgeräts fortgeführt wird.
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Dabei wird der neue Hauptteil der Firmware von einem externen Peripheriegerät über eine Kommunikationsschnittstelle in den externen persistenten Aktualisierungsspeicher übertragen. Die paketweise Übertragung des neuen Hauptteils ermöglicht, dass bei Auftreten eines Übertragungsfehlers nur das entsprechende Datenpaket wiederholt werden muss. Außerdem kann nach einer Störung der Datenverbindung die Übertragung des neuen Hauptteils der Firmware zum Beispiel bei demjenigen Datenpaket fortgesetzt werden, das noch nicht korrekt empfangen wurde, wohingegen alle vorherigen Datenpakete korrekt empfangen wurden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird der in den externen persistenten Aktualisierungsspeicher übertragene neue Hauptteil der Firmware auf Vollständigkeit überprüft, während die anwendungsspezifische Funktionalität des Feldgeräts fortgeführt wird.
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Hierbei schließt die Überprüfung der Vollständigkeit eine Überprüfung auf Fehlerfreiheit ein. Die Überprüfung auf Vollständigkeit wird von dem Prozessor des Feldgeräts durchgeführt. Bei paketbasierter Datenübertragung können Sequenznummern für die Überprüfung der Vollständigkeit verwendet werden. Die Überprüfung der Fehlerfreiheit kann insbesondere paketweise mittels Prüfsummen erfolgen. Sobald ein neuer Hauptteil der Firmware vollständig zur Verfügung steht, kann mit dem Löschen des alten Hauptteils der Firmware und dem Programmieren des neuen Hauptteils der Firmware aus dem externen persistenten Aktualisierungsspeicher in den internen Speicher des Prozessors begonnen werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird bei einer Störung das Übertragen des neuen Hauptteils der Firmware bei dem Datenpaket fortgeführt, das noch nicht korrekt empfangen wurde, wohingegen alle vorherigen Datenpakete korrekt empfangen wurden.
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Eine solche Störung kann also durch das erfindungsgemäße Verfahren detektiert werden. Bei der Störung kann es sich zum Beispiel um eine Unterbrechung der Versorgungsspannung handeln. Da die Übertragung eines neuen Hauptteils der Firmware eine erhebliche Zeitdauer beanspruchen kann, ist es von großer Bedeutung, dass nach einer Störung die Übertragung des neuen Hauptteils der Firmware nicht von Neuem gestartet werden muss. Die Persistenz des externen Aktualisierungsspeichers verhindert dabei, dass bereits erfolgreich übertragene Datenpakete verloren gehen. Nach einer Störung kann die Übertragung des neuen Hauptteils der Firmware zum Beispiel bei demjenigen Datenpaket durch das Feldgerät fortgesetzt werden, welches noch nicht korrekt empfangen wurde, wohingegen alle vorherigen Datenpakete korrekt empfangen wurden. Um dies zu realisieren, können den Datenpaketen Sequenznummern zugeordnet und diejenige Sequenznummer gespeichert werden, bis zu der alle Datenpakete korrekt empfangen wurden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst der Hauptteil der Firmware Metadaten und der neue Hauptteil der Firmware wird anhand von den Metadaten identifiziert.
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Die Metadaten können beispielsweise Datums- und Uhrzeitangaben, Kompatibilitätsinformationen oder die Versionsnummer des neuen Hauptteils der Firmware umfassen. Anhand dieser Daten kann durch das Feldgerät festgestellt werden, ob der im externen persistenten Aktualisierungsspeicher liegende Hauptteil der Firmware kompatibel und neuer ist im Vergleich zu dem im internen Speicher des Prozessors liegenden Hauptteil der Firmware. Wenn dies der Fall ist, kann der bisherige Hauptteil der Firmware im internen Speicher des Prozessors gelöscht und der neue Hauptteil der Firmware im externen Aktualisierungsspeicher in den internen Speicher des Prozessors programmiert werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird der neue Hauptteil der Firmware nach dem Übertragen in den internen Speicher auf Fehler überprüft und das Übertragen des neuen Hauptteils der Firmware aus dem externen persistenten Aktualisierungsspeicher in den internen Speicher wiederholt, falls ein Fehler bei der Überprüfung detektiert wurde.
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Die Überprüfung der Fehlerfreiheit des neuen Hauptteils der Firmware nach der Programmierung in den internen Speicher wird von dem Prozessor durchgeführt. Insbesondere können dazu Prüfsummen verwendet werden. Sollte ein Fehler detektiert werden, ist ein erneutes Übertragen des neuen Hauptteils der Firmware von dem externen Peripheriegerät in den Aktualisierungsspeicher nicht notwendig, wenn zuvor die Vollständigkeit des neuen Hauptteils der Firmware im externen Aktualisierungsspeicher erfolgreich verifiziert wurde. Vorteilhafterweise wird also die Vollständigkeit des neuen Hauptteils der Firmware im Aktualisierungsspeicher überprüft, bevor mit dem Löschen des alten Hauptteils der Firmware im internen Speicher und der Programmierung des neuen Hauptteils der Firmware in den internen Speicher begonnen wird. Da die Programmierung des neuen Hauptteils der Firmware in den internen Speicher des Prozessors nur kurze Zeit beansprucht, ist eine Wiederholung der Programmierung bei Detektion eines Fehlers nur mit einer geringen Zeitverzögerung verbunden, während der die anwendungsspezifische Funktionalität des Feldgeräts nicht ausgeführt werden kann.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird der neue Hauptteil der Firmware über eine Feldbusschnittstelle, über eine Vorortschnittstelle oder über Funk in den externen persistenten Aktualisierungsspeicher übertragen.
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Beispiele weit verbreiteter Feldbusse sind der Highway Addressable Remote Transducer (HART) Bus, der Process Field Bus (PROFIBUS), der FOUNDATION Fieldbus oder der Modbus. Eine Vorortschnittstelle kann beispielsweise mit dem Inter-Integrated Circuit (I2C) Bus oder mithilfe einer seriellen Schnittstelle realisiert werden, wohingegen als Funkschnittstelle insbesondere Bluetooth verwendet werden kann. Abhängig von der Schnittstellentechnologie und äußeren Parametern wie zum Beispiel den Kanaleigenschaften bei einer Funkübertragung kann die Übertragung des neuen Hauptteils der Firmware bis zu mehrere Stunden dauern. Neben der Datenübertragungsrate weisen die unterschiedlichen Kommunikationstechnologien verschiedene Vor- und Nachteile hinsichtlich Kosten, Zuverlässigkeit, Aufwand bei der Montage, Erweiterbarkeit und andere Kriterien auf.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird der neue Hauptteil der Firmware über einen seriellen oder parallelen Bus von dem externen persistenten Aktualisierungsspeicher in den internen Speicher übertragen.
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Dabei kann die Übertragung des neuen Hauptteils der Firmware von dem externen persistenten Aktualisierungsspeicher in den internen Speicher insbesondere über das Serial Peripheral Interface (SPI), den I2C Bus oder eine parallele Verbindung erfolgen. Die Übertragung des neuen Hauptteils der Firmware beginnt vorteilhafterweise erst nachdem die Vollständigkeit des neuen Hauptteils der Firmware im Aktualisierungsspeicher erfolgreich überprüft wurde. Wenn danach bei der Programmierung des neuen Hauptteils der Firmware von dem externen Aktualisierungsspeicher in den internen Speicher des Prozessors ein Fehler auftritt, so kann diese Programmierung wiederholt werden, ohne die anwendungsspezifische Funktionalität des Feldgeräts für lange Zeit zu unterbrechen. Dies kann durch das Feldgerät veranlasst werden.
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Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Feldgerät zur verbesserten Aktualisierung eines Hauptteils einer Firmware eines Feldgeräts, wobei die Firmware zwei Teile umfasst, einen Boot- und den Hauptteil. Dabei weist das Feldgerät eine Schnittstelle zur Kommunikation mit einem externen Gerät, einen externen persistenten Aktualisierungsspeicher und einen Prozessor mit einem internen Speicher auf. Der externe persistente Aktualisierungsspeicher ist dazu ausgeführt, während der Aktualisierung des Hauptteils der Firmware einen neuen über die Schnittstelle übertragenen Hauptteil der Firmware zwischenzuspeichern. Der interne Speicher des Prozessors ist dazu ausgeführt, einen Boot- und einen Hauptteil der Firmware aufnehmen zu können. Das Feldgerät ist weiterhin dazu ausgeführt, den alten Hauptteil der Firmware aus dem internen Speicher des Prozessors zu löschen, und den neuen Hauptteil der Firmware aus dem externen persistenten Aktualisierungsspeicher in den internen Speicher zu übertragen.
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Dabei stellt der Hauptteil der Firmware grundlegende Betriebssystem- und Kommunikationsfunktionalitäten sowie anwendungsspezifische Funktionalitäten des Feldgeräts bereit. Zum Beispiel umfasst der Hauptteil der Firmware bei einem Füllstandmessgerät Algorithmen zur Füllstandmessung. Das Feldgerät weist einen Prozessor mit einem internen Speicher auf, der einen Boot- und einen Hauptteil der Firmware aufnehmen kann. Das Feldgerät ist dazu ausgeführt, nur den Hauptteil der Firmware zu aktualisieren. Aufgrund der zunehmenden Komplexität der Firmware ist es häufig nicht möglich mehrere Hauptteile der Firmware auf dem internen Speicher des Prozessors zu speichern. Neben dem internen Speicher des Prozessors weist das Feldgerät einen externen persistenten Speicher zur Aktualisierung des Hauptteils der Firmware auf. Dieser externe Aktualisierungsspeicher kann über einen Bus mit dem Prozessor und dem internen Speicher verbunden sein. Der Aktualisierungsspeicher wird verwendet, um bei der Aktualisierung der Firmware einen neuen Hauptteil der Firmware zwischenzuspeichern. Es wird also zunächst ein neuer Hauptteil der Firmware von einem externen Peripheriegerät über eine Kommunikationsschnittstelle in den externen persistenten Aktualisierungsspeicher des Feldgeräts übertragen. Der externe persistente Aktualisierungsspeicher kann auch außerhalb des Gehäuses des Feldgeräts angeordnet sein. Abhängig von der Kommunikationsschnittstelle kann diese Übertragung des neuen Hauptteils der Firmware mehrere Stunden beanspruchen. Das Feldgerät ist derart ausgeführt, dass während der Übertragung des neuen Hauptteils der Firmware in den externen Aktualisierungsspeicher die anwendungsspezifische Funktionalität des Feldgeräts basierend auf dem bisherigen Hauptteil der Firmware in dem internen Speicher des Prozessors fortgeführt werden kann. Die Persistenz des externen Aktualisierungsspeichers verhindert, dass nach einer Störung während der Übertragung eines neuen Hauptteils der Firmware die Übertragung neu gestartet werden muss. Bereits vor der Störung erfolgreich übertragene Daten des neuen Hauptteils der Firmware gehen nicht verloren, so dass die Übertragung des neuen Hauptteils der Firmware nach Behebung der Störung fortgeführt werden kann.
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Das Feldgerät kann ferner dazu ausgeführt sein, dass der Prozessor den neuen Hauptteil der Firmware im externen Aktualisierungsspeicher auf Vollständigkeit überprüft. Nach vollständiger Übertragung des neuen Hauptteils der Firmware in den externen Aktualisierungsspeicher kann der bisherige Hauptteil der Firmware aus dem internen Speicher des Prozessors gelöscht und der neue Hauptteil der Firmware aus dem externen Aktualisierungsspeicher in den internen Speicher des Prozessors programmiert werden. Während der Programmierung des neuen Hauptteils der Firmware aus dem externen Aktualisierungsspeicher in den internen Speicher des Prozessors ist in der Regel die anwendungsspezifische Funktionalität des Feldgeräts nicht verfügbar. Allerdings beansprucht die Programmierung des neuen Hauptteils der Firmware in den internen Speicher des Prozessors nur eine kurze Zeit, in der Regel wenige Sekunden. Die damit einhergehende kurze Unterbrechung der anwendungsspezifischen Funktionalität des Feldgeräts ist in den meisten Anwendungsgebieten von Feldgeräten hinnehmbar. Tritt während der Übertragung des neuen Hauptteils der Firmware in den internen Speicher des Prozessors eine Störung oder ein Fehler auf, so muss aufgrund der Persistenz des externen Aktualisierungsspeichers kein neuer Hauptteil der Firmware von dem externen Peripheriegerät auf das Feldgerät übertragen werden. Stattdessen kann die Programmierung des neuen Hauptteils der Firmware aus dem externen Aktualisierungsspeicher in den internen Speicher des Prozessors wiederholt werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Hauptteil der Firmware Metadaten auf und die neue Firmware wird anhand von den Metadaten identifiziert.
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Bei den Metadaten handelt es sich beispielsweise um Datums- und Uhrzeitangaben, Kompatibilitätsinformationen oder eine Versionsnummer des Hauptteils der Firmware. Nach vollständiger Übertragung des neuen Hauptteils der Firmware in den externen Aktualisierungsspeicher überprüft der Prozessor dessen Metadaten und programmiert gegebenenfalls den neuen Hauptteil der Firmware in den internen Speicher des Prozessors.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform stellt der Hauptteil der Firmware eine Kommunikationsfunktionalität bereit.
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Dabei handelt es sich um eine oder mehrere Implementierungen unterschiedlicher Kommunikationsprotokolle. Eine Implementierung mehrerer Kommunikationsprotokolle ermöglicht zum Beispiel den Einsatz des Feldgeräts mit verschiedenen Feldbustechnologien. Die Kommunikationsprotokolle können ganz oder teilweise in Firmware implementiert sein. Das heißt, dass Teile des Kommunikationsprotokolls durch spezielle Hardwarebausteine realisiert sein können.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Hauptteil der Firmware ein multitaskingfähiges Betriebssystem auf.
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Das multitaskingfähige Betriebssystem steuert insbesondere die Fortführung der anwendungsspezifischen Funktionalität des Feldgeräts während der Übertragung eines neuen Hauptteils der Firmware in den externen Aktualisierungsspeicher. Dabei erfolgt die Fortführung der anwendungsspezifischen Funktionalität des Feldgeräts parallel oder scheinbar parallel. Eine parallele Fortführung der anwendungsspezifischen Funktionalität des Feldgeräts kann mittels mehrerer Prozessorkerne realisiert werden, welche die Prozesse gleichzeitig abarbeiten. Dagegen steuert bei scheinbar paralleler Fortführung der anwendungsspezifischen Funktionalität des Feldgeräts während der Übertragung eines neuen Hauptteils der Firmware ein Scheduler die Abarbeitung der Prozesse mittels präemptivem Multitasking.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Schnittstelle zur Übertragung eines neuen Hauptteils der Firmware an das Feldgerät eine Feldbusschnittstelle, eine Vorortschnittstelle oder eine Funkschnittstelle wie sie bereits zuvor erläutert worden sind.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der externe persistente Aktualisierungsspeicher als digitaler Speicher, insbesondere als EEPROM, Flash-Speicher oder FRAM ausgeführt.
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Bei Electrically Erasable Programmable Read-Only Memories (EEPROMs), Flash-Speichern und Ferroelectric Random Access Memories (FRAMs) handelt es sich um persistente Speichertechnologien. Die Persistenz des Aktualisierungsspeichers verhindert, dass bei einer Störung während der Übertragung eines neuen Hauptteils der Firmware in den externen Aktualisierungsspeicher bereits korrekt empfangene Daten des neuen Hauptteils der Firmware verloren gehen. Weiterhin muss bei einer Störung während des Programmierens eines neuen Hauptteils der Firmware aus dem externen Aktualisierungsspeicher in den internen Speicher des Prozessors kein neuer Hauptteil der Firmware in den externen Aktualisierungsspeicher übertragen werden. Stattdessen genügt es, die Programmierung des neuen Hauptteils der Firmware aus dem externen Aktualisierungsspeicher in den internen Speicher des Prozessors zu wiederholen. Dies ist in der Regel innerhalb weniger Sekunden möglich, während die Übertragung eines neuen Hauptteils der Firmware in den externen Aktualisierungsspeicher abhängig von der Kommunikationsschnittstelle mehrere Stunden beanspruchen kann. Damit ist die anwendungsspezifische Funktionalität des Feldgeräts aufgrund der Persistenz des externen Aktualisierungsspeichers nur während einer kurzen Zeitspanne nicht verfügbar, während der der neue Hauptteil der Firmware aus dem externen Aktualisierungsspeicher in den internen Speicher des Prozessors programmiert wird.
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Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben.
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Kurze Beschreibung der Figuren
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1 zeigt ein Feldgerät zur Aktualisierung eines Hauptteils einer Firmware des Feldgeräts gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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2 zeigt eine Allokation des internen Speichers des Prozessors gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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3 zeigt ein Füllstandmessgerät und einen mit einem Füllgut gefüllten Behälter gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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4 zeigt ein Flussdiagramm für ein Verfahren zur Aktualisierung eines Hauptteils der Firmware eines Feldgeräts gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Ähnliche oder gleiche Elemente in den Figuren werden mit ähnlichen oder gleichen Bezugszeichen beschrieben. Die Figuren sind schematische Darstellungen.
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Detaillierte Beschreibung von Ausführungsbeispielen
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Das in 1 schematisch dargestellte Feldgerät 100 ist ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung und über eine Schnittstelle 102 mit einem externen Peripheriegerät 101 verbunden. Die Elektronik 103 des Feldgeräts weist einen Prozessor 104 mit einem internen Speicher 105 auf. Der Prozessor ist über die Schnittstelle 102 mit dem externen Peripheriegerät 101 verbunden. Außerdem ist der Prozessor über einen seriellen oder parallelen Bus 107 mit einem externen Aktualisierungsspeicher 106 verbunden. Der interne Speicher 105 des Prozessors 104 speichert eine Firmware, welche einen Boot- und einen Hauptteil umfasst. Dabei ist nur der Hauptteil der Firmware zu aktualisieren. Dazu wird zunächst ein neuer Hauptteil der Firmware von dem externen Peripheriegerät 101 über die Kommunikationsschnittstelle 102 in den externen Aktualisierungsspeicher 106 des Feldgeräts übertragen. Diese Übertragung des neuen Hauptteils der Firmware in den externen Aktualisierungsspeicher 106 wird von dem Prozessor 104 des Feldgeräts 100 gesteuert. Während der Übertragung des neuen Hauptteils der Firmware in den externen Aktualisierungsspeicher kann die anwendungsspezifische Funktionalität des Feldgeräts basierend auf dem bisherigen Hauptteil der Firmware im internen Speicher des Prozessors fortgeführt werden. Das Fortführen der anwendungsspezifischen Funktionalität des Feldgeräts 100 während des Übertragens eines neuen Hauptteils der Firmware in den externen Aktualisierungsspeicher 106 erfolgt entweder parallel oder scheinbar parallel, wobei bei scheinbar paralleler Fortführung der anwendungsspezifischen Funktionalität des Feldgeräts ein Scheduler die Abarbeitung der Prozesse mittels präemptivem Multitasking steuert. In diesem Fall weist der Scheduler den Prozessen Zeitschlitze zu, während denen sie von dem Prozessor 104 abgearbeitet werden. Die Übertragung des neuen Hauptteils der Firmware in den externen Aktualisierungsspeicher 106 kann insbesondere paketweise erfolgen. Tritt während des Übertragens eines neuen Hauptteils der Firmware in den externen Aktualisierungsspeicher 106 eine Störung, beispielsweise eine Unterbrechung der Energiezufuhr des Feldgeräts auf, so verhindert die Persistenz des externen Aktualisierungsspeichers, dass bereits erfolgreich empfangene Datenpakete des neuen Hauptteils der Firmware verloren gehen. Infolgedessen muss nach Behebung der Störung die Übertragung des neuen Hauptteils der Firmware nicht von Neuem begonnen werden. Der Prozessor 104 kann auch die Vollständigkeit des neuen Hauptteils der Firmware überprüfen. Insbesondere kann dies realisiert werden, indem den Datenpaketen Sequenznummern zugewiesen werden und der Prozessor 104 die Sequenznummer desjenigen Datenpakets speichert, bis zu dem alle vorherigen Datenpakete korrekt empfangen wurden.
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Nach vollständiger Übertragung des neuen Hauptteils der Firmware in den externen Aktualisierungsspeicher kann der Prozessor 104 den bisherigen Hauptteil der Firmware aus dem internen Speicher 105 löschen. Danach kann der neue Hauptteil der Firmware aus dem externen Aktualisierungsspeicher 106 über den Bus 107 in den internen Speicher 105 des Prozessors 104 programmiert werden. Nach der Programmierung des neuen Hauptteils der Firmware in den internen Speicher 105 des Prozessors 104 überprüft der Prozessor 104 vorteilhafterweise die Korrektheit des neuen Hauptteils der Firmware. Wird dabei ein Fehler detektiert, so kann der Prozessor 104 die Programmierung des neuen Hauptteils der Firmware aus dem externen Aktualisierungsspeicher 106 in den internen Speicher 105 wiederholen. Insbesondere muss der neue Hauptteil der Firmware nicht erneut von dem externen Peripheriegerät 101 in den externen Aktualisierungsspeicher 106 übertragen werden. Damit ist eine Unterbrechung der anwendungsspezifischen Funktionalität des Feldgeräts 100 nur für die kurze Zeitspanne erforderlich, in der der neue Hauptteil der Firmware aus dem externen Aktualisierungsspeicher 106 in den internen Speicher 105 des Prozessors 104 erfolgt. Anders als in 1 dargestellt kann der externe Aktualisierungsspeicher auch außerhalb des Gehäuses des Feldgeräts angeordnet sein.
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Die 2 zeigt schematisch eine Allokation des internen Speichers 205 des Prozessors des Feldgeräts. In einem ersten Speicherbereich 212 ist der Boot-Teil der Firmware des Feldgeräts gespeichert, während in einem zweiten Speicherbereich 210 der Hauptteil der Firmware des Feldgeräts gespeichert ist. Dieser Hauptteil der Firmware umfasst Metadaten, die in einem Speicherbereich 211 gespeichert sind. Weiterhin stellt der Hauptteil der Firmware grundlegende Betriebssystem- und Kommunikationsfunktionalitäten sowie Algorithmen der anwendungsspezifischen Funktionalität des Feldgeräts bereit. Zum Beispiel handelt es sich dabei bei einem Füllstandmessgerät um Algorithmen zur Realisierung der Füllstandmessung. Die Metadaten umfassen zum Beispiel Datums- und Uhrzeitangaben, Kompatibilitätsinformationen oder eine Versionsnummer des Hauptteils der Firmware. In der Regel wird der bisherige Hauptteil der Firmware im internen Speicher 205 des Prozessors durch einen neueren Hauptteil der Firmware im externen Aktualisierungsspeicher ersetzt. Wird jedoch versucht, den bisherigen Hauptteil der Firmware im internen Speicher 205 des Prozessors durch einen älteren Hauptteil der Firmware im externen Aktualisierungsspeicher zu ersetzen, so kann dies anhand der Metadaten detektiert und eine Warnung über die Schnittstelle an das externe Peripheriegerät gesendet werden. Die 2 illustriert weiterhin, dass der interne Speicher 205 des Prozessors nicht groß genug ist, um mehrere Hauptteile der Firmware speichern zu können. Dies kann aufgrund der zunehmenden Komplexität der Firmware in vielen Anwendungsbereichen von Feldgeräten auftreten.
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Die 3 stellt ein Füllstandmessgerät 300 mit einer Elektronik 303 gemäß einem Ausführungsbeispiel dar. Das Füllstandmessgerät ist an der Decke eines Behälters 320 befestigt, in dem sich ein Füllgut 321 befindet. Dabei kann es sich insbesondere um eine Flüssigkeit oder ein Schüttgut handeln. Das Füllstandmessgerät 300 kann beispielsweise als ein geführtes Radarsystem ausgeführt sein. Dieses sendet und empfängt Radarimpulse entlang einer Seil- oder Stabsonde 322. Die von dem Füllstandmessgerät 300 abgestrahlten Radarimpulse werden von der Seil- oder Stabsonde 322 in Richtung des Füllgutes 321 geleitet, von der Oberfläche des Füllgutes reflektiert und entlang der Seil- oder Stabsonde zurück zu dem Füllstandmessgerät geleitet. Die Zeitspanne zwischen Senden und Empfangen des Radarimpulses ist direkt proportional zu der zurückgelegten Wegstrecke. Bei Kenntnis der Behältergeometrie ist daher der Füllstand des Füllgutes 321 in dem Behälter 320 aus der Zeitspanne zwischen Senden und Empfangen des Radarimpulses berechenbar. Füllstandmessgeräte werden unter anderem in der chemischen Industrie verwendet, wo sie in komplexe Prozesse eingebunden sein können. Eine Unterbrechung solcher Prozesse zur Aktualisierung der Firmware eines Füllstandmessgerätes verbietet sich in vielen Fällen aufgrund der damit verbundenen hohen Kosten. Es ist daher wichtig, dass eine Aktualisierung der Firmware des Füllstandmessgerätes robust und ohne längere Unterbrechung der Füllstandmessung erfolgen kann. Dies stellt die vorliegende Erfindung bereit.
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4 stellt den Ablauf der Aktualisierung eines Hauptteils der Firmware eines Feldgeräts gemäß einem Ausführungsbeispiel mithilfe eines Ganttdiagramms dar. Dabei illustrieren vertikale Linien Zeitpunkte 0, 1, 2, ... 8. Die Zeitabstände zwischen den Zeitpunkten 0 bis 1, 1 bis 2, und so fort sind nicht gleich, so dass das Ganttdiagramm insbesondere Zeitabstände nicht maßstabsgetreu darstellt. Während des Arbeitsschritts 430 wird die anwendungsspezifische Funktionalität des Feldgeräts ausgeführt. In dem Arbeitsschritt 431 wird die Aktualisierung des Hauptteils der Firmware gestartet, und in dem Arbeitsschritt 432 ein neuer Hauptteil der Firmware von dem externen Peripheriegerät in den externen Aktualisierungsspeicher des Feldgeräts übertragen. Der Arbeitsschritt 433 umfasst die Überprüfung der empfangenen Daten des neuen Hauptteils der Firmware auf Vollständigkeit und eventuell Fehlerfreiheit. Die Arbeitsschritte 431 bis 433 werden parallel oder scheinbar parallel zu dem Arbeitsschritt 438 ausgeführt, welcher die Ausführung der anwendungsspezifischen Funktionalität des Feldgeräts basierend auf dem bisherigen Hauptteil der Firmware im internen Speicher des Prozessors umfasst. Dabei bedeutet scheinbar parallel, dass ein Scheduler die Abarbeitung der Prozesse mittels präemptivem Multitasking steuert. Nach erfolgreicher Übertragung eines neuen Hauptteils der Firmware in den externen persistenten Aktualisierungsspeicher kann ein Neustart 434 des Feldgeräts erforderlich sein. Der Neustart 434 kann durch das Feldgerät selbst ausgelöst werden. In dem Arbeitsschritt 435 wird der bisherige Hauptteil der Firmware aus dem internen Speicher des Prozessors des Feldgeräts gelöscht und der neue Hauptteil der Firmware aus dem externen persistenten Aktualisierungsspeicher in den internen Speicher des Prozessors übertragen. Nachfolgend werden in einem Arbeitsschritt 436 die Funktionen des neuen Hauptteils der Firmware initialisiert. Mit dem Arbeitsschritt 437 wird die anwendungsspezifische Funktionalität des Feldgeräts basierend auf dem neuen Hauptteil der Firmware im internen Speicher des Prozessors fortgeführt. Die 4 verdeutlicht, dass die anwendungsspezifische Funktionalität des Feldgeräts nur während der Arbeitsschritte 434 bis 436 unterbrochen ist. Da diese Arbeitsschritte jedoch in der Regel innerhalb von einigen Sekunden ausgeführt werden können, ist nur eine kurze Unterbrechung der anwendungsspezifischen Funktionalität des Feldgeräts für die Aktualisierung des Hauptteils der Firmware erforderlich. Demgegenüber kann die Aktualisierung des Hauptteils der Firmware insgesamt weitaus länger dauern. Insbesondere kann die Übertragung 432 eines neuen Hauptteils der Firmware von dem externen Peripheriegerät in den externen Aktualisierungsspeicher abhängig von der Kommunikationsschnittstelle mehrere Stunden beanspruchen. Wie in 4 dargestellt, kann während der Übertragung eines neuen Hauptteils der Firmware von dem externen Peripheriegerät in den externen Aktualisierungsspeicher des Feldgeräts die anwendungsspezifische Funktionalität des Feldgeräts fortgeführt werden.
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Ergänzend sei darauf hingewiesen, dass „umfassend” und „aufweisend” keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und die unbestimmten Artikel „eine” oder „ein” keine Vielzahl ausschließen. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkungen anzusehen.
