TWI407371B - 嵌入式網路設備及其更新韌體的方法 - Google Patents

Description

嵌入式網路設備及其更新韌體的方法

本發明涉及嵌入式網路設備，尤其涉及一種嵌入式網路設備更新韌體的方法。

隨著快閃記憶體技術的發展，常見的嵌入式網路設備，如ADSL路由器，在使用過程中更新存放在快閃記憶體內的韌體變得越來越常見。韌體是指嵌入式網路設備底層運行的系統，沒有韌體，嵌入式網路設備就無法運行。由於韌體的特殊性，使得更新韌體只能一次就成功，不允許失敗。但實際情況中存在導致失敗的原因，比如更新過程中嵌入式網路設備斷電。為應對這種狀況，嵌入式網路設備需要將整個韌體進行備份，然後在更新失敗時啟用備份的韌體進行啟動。

嵌入式網路設備的韌體一般都存儲在反閘快閃記憶體（Nor Flash）中。目前市場上反閘快閃記憶體的價格一直居高不下，一個4MB的反閘快閃記憶體市價約0.6美金，8MB的約1.1美金，16MB的約2美金。很顯然，備份韌體所佔用的反閘快閃記憶體無形中提高了嵌入式網路設備的成本，這一點對於大量生產的製造型企業尤其重要。比如，若一嵌入式網路設備的韌體大小為2.1MB，那麼備份韌體也需要2.1MB，那麼，該嵌入式網路設備需要4.2MB的空間來存儲韌體，從而使得該嵌入式網路設備必須使用8MB的反閘快閃記憶體，比不存儲備份韌體時需要的4MB的反閘快閃記憶體成本增加了約1倍。因此，在保證嵌入式網路設備更新韌體的可靠性的前提下，怎樣進一步降低韌體更新所需的反閘快閃記憶體帶來的成本壓力，是業界有待解決的難題。

有鑒於此，有必要提供一種嵌入式網路設備，不僅能保證其更新韌體的可靠性，還能減小更新韌體時備份所需的快閃記憶體。

同時，還有必要提供一種更新韌體的方法，不僅能保證嵌入式網路設備更新韌體的可靠性，還能減小更新韌體時備份所需的快閃記憶體。

本發明實施方式中的嵌入式網路設備，包括主記憶體、反閘快閃記憶體、原韌體的第一部分與第二部分、更新模組。反閘快閃記憶體包括用於存儲原韌體的第一部分的第一鏡像區、用於存儲原韌體的第二部分的第二鏡像區及用於備份的第三鏡像區。更新模組獲取嵌入式網路設備的新韌體的第一部分及第二部分並存儲於主記憶體中，並將第一鏡像區存儲的原韌體的第一部分複製到第三鏡像區，將主記憶體中的新韌體的第一部分複製到第一鏡像區，將主記憶體中的新韌體的第二部分複製到第三鏡像區，以及將第一鏡像區中的新韌體的第一部分的啟動指針指向第三鏡像區。

本發明實施方式中的更新韌體的方法，用於嵌入式網路設備中，該嵌入式網路設備包括主記憶體、反閘快閃記憶體、原韌體的第一部分與第二部分。反閘快閃記憶體包括用於存儲原韌體的第一部分的第一鏡像區、用於存儲原韌體的第二部分的第二鏡像區及用於備份的第三鏡像區。該方法包括：獲取嵌入式網路設備的新韌體的第一部分及第二部分並存儲於主記憶體中；將第一鏡像區存儲的原韌體的第一部分複製到第三鏡像區；將主記憶體中的新韌體的第一部分複製到第一鏡像區；將主記憶體中的新韌體的第二部分複製到第三鏡像區；及將第一鏡像區中的新韌體的第一部分的啟動指針指向第三鏡像區。

藉由以下對具體實施方式詳細的描述並結合附圖，將可輕易的了解上述內容及此項發明之技術效果。

請參閱圖1，所示為本發明嵌入式網路設備10一實施方式的結構圖。嵌入式網路設備10包括韌體（Firmware），其中，韌體是指固化在嵌入式網路設備10的積體電路內部的程式碼，負責控制和協調積體電路的功能。在本實施方式中，嵌入式網路設備10可以為路由器、數據機、閘道器等嵌入式的網路設備。

在本實施方式中，嵌入式網路設備10的韌體至少可以分為兩個獨立的部分，此處兩個獨立的部分是指其一部分的更新不受另一部分的制約，也就是說僅更新其中的一部分，未更新的部分亦可結合已更新的部分正常運行。如，嵌入式網路設備10採用Linux系統，其韌體可分為內核（Kernel）與跟檔系統（Root File System）兩部分，更新後的內核與更新前的根文檔系統一樣可以結合起來正常運行。

在本實施方式中，嵌入式網路設備10包括處理器12、主記憶體14、反閘快閃記憶體（Nor Flash）16、更新模組100、記錄模組102及啟動裝載程式104。在嵌入式網路設備10正常運行時，主記憶體14中裝載了嵌入式網路設備10的韌體，處理器12執行裝載在主記憶體14中的嵌入式網路設備10的韌體，以實現嵌入式網路設備10的正常運行。

反閘快閃記憶體16中包括第一鏡像區160、第二鏡像區162及第三鏡像區164三個存儲區，其中，第二鏡像區162與第三鏡像區164在多次更新時輪流作為備份區，即如果第一次更新時以第三鏡像區164作為備份區，那麼下次更新時以第二鏡像區162作為備份區。此處，以第三鏡像區164作為備份區為例對本案進行詳細說明。此時，第一鏡像區160存儲了嵌入式網路設備10的原韌體的第一部分，第二鏡像區162存儲了嵌入式網路設備10的原韌體的第二部分。

在本實施方式中，反閘快閃記憶體16中還存儲有更新消息，用於標識韌體更新情況。在本實施方式中，更新消息包括更新狀態、更新部分、備份區三個欄位。其中，更新狀態表示韌體更新是否成功完成，更新部分表示目前在更新的韌體的部分，備份區表示目前備份韌體的存儲區，即第二鏡像區162或者第三鏡像區164。此處備份區以第三鏡像區164為例進行說明。

更新模組100獲取嵌入式網路設備10的新韌體並存儲於主記憶體14中，並獲取更新訊息的備份區為第三鏡像區164。更新模組100先將第一鏡像區160存儲的嵌入式網路設備10的原韌體的第一部分複製到備份區，然後將主記憶體14中的新韌體的第一部分複製到第一鏡像區160，再將主記憶體14中的新韌體的第二部分複製到備份區，最後將第一鏡像區160中的新韌體的第一部分的啟動指針指向備份區，從而完成韌體更新。在本實施方式中，啟動指針是一種指針，其指向哪區，啟動裝載程式104就會在裝載完新韌體的第一部分後自動裝載哪區存放的韌體。

記錄模組102在更新模組100複製完原韌體的第一部分後記錄更新訊息的更新狀態為正在更新中，並記錄更新部分為原韌體的第一部分。記錄模組102在更新模組100複製完新韌體的第一部分後將更新訊息的更新部分更改為新韌體的第二部分，再在更新模組100重新指向啟動指針後將更新訊息的更新狀態更改為完成更新，並將備份區改為第二鏡像區162。

需要說明的是，記錄更新消息的更新狀態為正在更新中是指將更新消息的更新狀態欄位賦值為用於表達正在更新的一個值，如，將正在更新中用1表示，將完成更新預設為用0表示，則記錄更新消息的更新狀態為正在更新中就是將更新消息的更新狀態欄位賦值為1，更改該更新消息的更新狀態為完成更新就是將更新消息的更新狀態欄位的值更改為0。其他涉及更新消息各欄位的記錄、更新、獲取的意思都可依此類推。

在完成韌體更新後，嵌入式網路設備10重新啟動。此時，啟動裝載程式104讀取更新消息的欄位，判斷更新狀態是否為正在更新中，並在更新狀態不為正在更新中時裝載嵌入式網路設備10的韌體以完成啟動。

啟動裝載程式104在更新狀態為正在更新中時判斷更新部分是否為原韌體的第一部分，並在更新部分不為原韌體的第一部分時裝載嵌入式網路設備10的韌體以完成啟動並在啟動後重新對韌體進行更新。

啟動裝載程式104在更新部分為原韌體的第一部分時，將第三鏡像區164中的原韌體的第一部分復原到第一鏡像區160，並將更新訊息的更新狀態更改為完成更新，以及裝載第一鏡像區160與第二鏡像區162中的韌體以完成啟動，並在啟動後引導更新模組100與記錄模組102重新更新韌體。

因此，在嵌入式網路設備10需要更新韌體時，藉由處理器12執行裝載在主記憶體14中的更新模組100及記錄模組102，將反閘快閃記憶體16中存儲的原韌體更新為主記憶體14中的新韌體，並利用備份區來保證韌體更新過程中即使出錯也能再次啟動。且，備份區僅需要能夠存儲新韌體的第一部分或第二部分中較大的一部分，而不需要存儲新韌體的全部。從而，本發明不僅能保證更新嵌入式網路設備10韌體的可靠性，還能減小更新韌體時備份所需的快閃記憶體。更進一步的，嵌入式網路設備10藉由更改啟動指針來自動裝載第三鏡像區164中的軔體，從而不需要備份第二鏡像區162中的韌體到第三鏡像區164，有效簡化了備份步驟，減少更新所需的時間。

請參閱圖2，所示為本發明更新韌體的方法一實施方式的流程圖。本方法用於圖1中的嵌入式網路設備10中，並藉由圖1所示的更新模組100及記錄模組102完成。此時，第一鏡像區160存儲有嵌入式網路設備10的原韌體的第一部分，第二鏡像區162存儲有嵌入式網路設備10的原韌體的第二部分。

在步驟S200，更新模組100獲取新韌體並存儲於主記憶體14中。在步驟S201，更新模組100獲取更新訊息的備份區，此處為第三鏡像區164。

在步驟S202，更新模組100將第一鏡像區160存儲的嵌入式網路設備10的原韌體的第一部分複製到備份區，即第三鏡像區164。複製完成後，第三鏡像區164中就存儲了嵌入式網路設備10的原韌體的第一部分。然後，記錄模組102在步驟S203記錄更新訊息的更新狀態為正在更新中，並記錄更新部分為原韌體的第一部分。

在步驟S204，更新模組100將主記憶體14中的新韌體的第一部分複製到第一鏡像區160，複製完成後，第一鏡像區160就存儲有新韌體的第一部分。然後，記錄模組102在步驟S206將更新訊息的更新部分更改為新韌體的第二部分。

在步驟S208，更新模組100將主記憶體14中的新韌體的第二部分複製到備份區，即第三鏡像區164。複製完成後，第三鏡像區164就存儲有新韌體的第二部分。在步驟S210，更新模組100將第一鏡像區160中的新韌體的第一部分的啟動指針指向備份區，此時即第三鏡像區164，使得嵌入式網路設備10會在啟動完新韌體的第一部分後從第三鏡像區164啟動新韌體的第二部分。然後，記錄模組102在步驟S212將更新訊息的更新狀態更改為完成更新，並將備份區改為第二鏡像區162。

當整個更新韌體的過程順利完成時，第一鏡像區160存儲有嵌入式網路設備10的新韌體的第一部分，第二鏡像區162存儲有嵌入式網路設備10的原韌體的第二部分，第三鏡像區164存儲有嵌入式網路設備10的新韌體的第二部分，且新韌體的第一部分的啟動指針指向第三鏡像區164。另外，更新消息的更新狀態為完成更新，更新部分為新韌體的第二部分，備份區為第二鏡像區162。此時，嵌入式網路設備10在更新韌體後再次啟動時就會從更新後的韌體啟動。其具體的啟動流程請參閱圖3的描述。

請參閱圖3，所示為圖1中一實施方式的嵌入式網路設備10採用圖2的更新韌體的方法更新韌體後啟動的流程圖。本方法用於圖1中的嵌入式網路設備10中，並藉由圖1所示的啟動裝載程式104完成。

在步驟S300中，啟動裝載程式104讀取更新消息，判斷更新狀態是否為正在更新中。如果更新消息的更新狀態不是正在更新中，而是完成更新，則在步驟S301，啟動裝載程式104裝載嵌入式網路設備的韌體以完成啟動。在本實施方式中，更新狀態為完成更新時，存在兩種可能，一種為更新過程中沒有出現錯誤，則啟動裝載程式104裝載第一鏡像區160的新韌體的第一部分與第三鏡像區164的新韌體的第二部分，以完成啟動。另一種為在執行步驟S202將第一鏡像區160存儲的嵌入式網路設備10的原韌體的第一部分複製到備份區時出錯，則啟動裝載程式104裝載第一鏡像區160的原韌體的第一部分與第二鏡像區162的原韌體的第二部分，以完成啟動。此時在啟動後就需要重新更新韌體。

如果更新消息的更新狀態為正在更新中，則說明更新過程中出現了錯誤，則在步驟S302，啟動裝載程式104判斷更新消息的更新部分是否為原韌體的第一部分，以了解錯誤出現在哪個步驟。

如果更新消息的更新部分是原韌體的第一部分，那麼說明更新韌體的流程在執行步驟S204將主記憶體14中的新韌體的第一部分複製到第一鏡像區160的時候出錯，則啟動裝載程式104在步驟S304將第三鏡像區中的原韌體的第一部分復原到第一鏡像區160，並在步驟S306將更新訊息的更新狀態更改為完成更新。此時，第一鏡像區160存儲有原韌體的第一部分，第二鏡像區162存儲有原韌體的第二部分，則在步驟S308，啟動裝載程式104裝載第一鏡像區160與第二鏡像區162中的韌體以完成啟動，並在啟動後引導更新模組100與記錄模組102重新更新韌體，即重新執行圖2所示的流程。

如果更新消息的更新部分不是原韌體的第一部分，而是新韌體的第二部分，那麼說明更新韌體的流程在執行步驟S208將主記憶體中的新韌體的第二部分複製到備份區的時候出錯。此時，第一鏡像區160存儲有新韌體的第一部分，第二鏡像區162存儲有原韌體的第二部分，則在步驟S308，啟動裝載程式104裝載第一鏡像區160與第二鏡像區162中的韌體以完成啟動，並在啟動後引導更新模組100與記錄模組102重新更新韌體，即重新執行圖2所示的流程。

由此可見，借助於第三鏡像區164，無論在韌體更新方法的哪個步驟出錯，嵌入式網路設備10均能正常啟動。

為了更清楚地說明本發明更新韌體的方法，在此給出具體的實施例來進行詳細說明。如圖4所示，為圖1中一實施方式的嵌入式網路設備10採用圖2所示的更新韌體的方法來更新韌體的示例圖。在本實施方式中，嵌入式網路設備10採用Linux系統，其韌體包括內核與根文檔系統兩部分。

首先，更新模組100將新內核與新根文檔系統存入主記憶體14中，第一鏡像區160中存儲有原內核，第二鏡像區162存儲有原根文檔系統，第三鏡像區164為備份區。

接下來，更新模組100將第一鏡像區160中的原內核複製到第三鏡像區164。此時，如果在這個步驟出錯，啟動裝載程式104就藉由原內核與原根文檔系統啟動。

接下來，更新模組100將主記憶體中的新內核複製到第一鏡像區160中。此時，如果在這個步驟出錯，啟動裝載程式104就將第三鏡像區164中的原內核復原到第一鏡像區160，並藉由原內核與原根文檔系統啟動。

接下來，更新模組100將主記憶體中的新根文檔系統複製到第二鏡像區162中。此時，如果在這個步驟出錯，啟動裝載程式104就藉由新內核與原根文檔系統啟動。

接下來，更新模組100將啟動指針指向第三鏡像區164，下次啟動時，啟動裝載程式104就藉由新內核與新根文檔系統啟動。此時，韌體更新就已經完成。

本發明提供的嵌入式網路設備10在需要更新韌體時，藉由更新模組100及記錄模組102將反閘快閃記憶體16中存儲的原韌體更新為主記憶體14中的新韌體，並利用備份區來保證韌體更新過程中即使出錯也能再次啟動。且，備份區僅需要能夠存儲新韌體的第一部分或第二部分中較大的一部分，而不需要存儲新韌體的全部。從而，本發明不僅能保證更新嵌入式網路設備10韌體的可靠性，還能減小更新韌體時備份所需的快閃記憶體。

綜上所述，本發明符合發明專利要件，爰依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施例，舉凡熟悉本案技藝之人士，在爰依本案發明精神所作之等效修飾或變化，皆應包含於以下之申請專利範圍內。

10‧‧‧嵌入式網路設備

100‧‧‧更新模組

102‧‧‧記錄模組

104‧‧‧啟動裝載程式

12‧‧‧處理器

14‧‧‧主記憶體

16‧‧‧反閘快閃記憶體

160‧‧‧第一鏡像區

162‧‧‧第二鏡像區

164‧‧‧第三鏡像區

圖1為本發明嵌入式網路設備一實施方式的結構圖。

圖2為本發明更新韌體的方法一實施方式的流程圖。

圖3為圖1中一實施方式的嵌入式網路設備更新韌體後啟動的流程圖。

圖4為圖1中一實施方式的嵌入式網路設備更新韌體的示例圖。

10‧‧‧嵌入式網路設備

100‧‧‧更新模組

102‧‧‧記錄模組

104‧‧‧啟動裝載程式

12‧‧‧處理器

14‧‧‧主記憶體

16‧‧‧反閘快閃記憶體

160‧‧‧第一鏡像區

162‧‧‧第二鏡像區

164‧‧‧第三鏡像區

Claims (10)

1. 一種嵌入式網路設備，包括主記憶體、反閘快閃記憶體、原韌體的第一部分與第二部分，其中，該反閘快閃記憶體包括用於存儲該原韌體的第一部分的第一鏡像區、用於存儲該原韌體的第二部分的第二鏡像區及用於備份的第三鏡像區，該嵌入式網路設備更包括更新模組，用於獲取該嵌入式網路設備的新韌體的第一部分及第二部分並存儲於該主記憶體中，並將該原韌體的第一部分複製到該第三鏡像區，將該新韌體的第一部分複製到該第一鏡像區，將該新韌體的第二部分複製到該第三鏡像區，以及將新韌體的第一部分的啟動指針指向該第三鏡像區。
2. 如申請專利範圍第1項所述之嵌入式網路設備，更包括記錄模組，用於記錄更新訊息，該更新訊息包括更新狀態、更新部分及備份區三個欄位，其中，該記錄模組在該更新模組複製完原韌體的第一部分後記錄該更新狀態為正在更新中，並記錄該更新部分為該原韌體的第一部分，在該更新模組複製完新韌體的第一部分後將該更新部分更改為新韌體的第二部分，以及在該更新模組重新指向啟動指針後將該更新狀態更改為完成更新，並將該備份區更改為該第二鏡像區。
3. 如申請專利範圍第2項所述之嵌入式網路設備，更包括啟動裝載程式，用於判斷該更新狀態是否為正在更新中，並在該更新狀態不為正在更新中時裝載該嵌入式網路設備的韌體以完成啟動。
4. 如申請專利範圍第3項所述之嵌入式網路設備，其中，該啟動裝載程式還用於在該更新狀態為正在更新中時判斷該更新部分是否為原韌體的第一部分，並在該更新部分不為原韌體的第一部分時裝載該第一鏡像區與該第二鏡像區中的韌體以完成啟動並在啟動後重新更新韌體。
5. 如申請專利範圍第4項所述之嵌入式網路設備，其中，該啟動裝載程式還用於在該更新部分為原韌體的第一部分時，將該第三鏡像區中的原韌體的第一部分復原到該第一鏡像區，並將該更新狀態更改為完成更新，以及裝載該第一鏡像區與該第二鏡像區中的韌體以完成啟動並在啟動後重新更新韌體。
6. 一種更新韌體的方法，用於嵌入式網路設備中，該嵌入式網路設備包括主記憶體、反閘快閃記憶體、原韌體的第一部分與第二部分，其中，反閘快閃記憶體包括用於存儲該原韌體的第一部分的第一鏡像區、用於存儲該原韌體的第二部分的第二鏡像區及用於備份的第三鏡像區，該方法包括：
   獲取該嵌入式網路設備的新韌體的第一部分及第二部分並存儲於該主記憶體中；
   將該第一鏡像區存儲的原韌體的第一部分複製到該第三鏡像區；
   將該主記憶體中的新韌體的第一部分複製到該第一鏡像區；
   將該主記憶體中的新韌體的第二部分複製到該第三鏡像區；及
   將該第一鏡像區中的新韌體的第一部分的啟動指針指向該第三鏡像區。
7. 如申請專利範圍第6項所述之更新韌體的方法，更包括記錄更新訊息，其中更新訊息包括更新狀態、更新部分及備份區三個欄位，該記錄更新訊息的步驟包括：
   在複製完該原韌體的第一部分後記錄該更新狀態為正在更新中，並記錄該更新部分為原韌體的第一部分；
   在複製完新韌體的第一部分後將該更新部分更改為新韌體的第二部分；及
   在重新指向啟動指針後將該更新狀態更改為完成更新，並將該備份區更改為第二鏡像區。
8. 如申請專利範圍第7項所述之更新韌體的方法，更包括：
   判斷該更新狀態是否為正在更新中；及
   若該更新狀態不為正在更新中，則裝載該嵌入式網路設備的韌體以完成啟動。
9. 如申請專利範圍第8項所述之更新韌體的方法，更包括：
   若該更新狀態為正在更新中，則判斷該更新部分是否為原韌體的第一部分；及
   若該更新部分不為原韌體的第一部分，則裝載該嵌入式網路設備的韌體以完成啟動並在啟動後重新更新韌體。
10. 如申請專利範圍第9項所述之更新韌體的方法，更包括：
    若該更新部分為原韌體的第一部分，則將該第三鏡像區中的原韌體的第一部分復原到該第一鏡像區；
    將該更新狀態更改為完成更新；及
    裝載該第一鏡像區與該第二鏡像區中的韌體以完成啟動，並在啟動後重新更新韌體。