嵌入式設備遠程在線(xiàn)升級技術(shù)的研究

摘要：介紹了嵌入式系統遠程在線(xiàn)升級的工作原理，并詳細闡述了系統硬件平臺及軟件的設計原理，提出了基于Internet通信方式的嵌入式系統遠程在線(xiàn)升級的方案，并對該方案進(jìn)行了測試，測試結果表明：該方案具有較高的升級成功率和較快的升級速度。
關(guān)鍵詞：在線(xiàn)升級；TCP通信協(xié)議；嵌入式系統；在應用編程

隨著(zhù)電子技術(shù)、通信技術(shù)以及計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展，嵌入式系統已經(jīng)廣泛應用于各領(lǐng)域，各種行業(yè)對嵌入式設備的系統功能、性能以及規模的要求都在日益提高，開(kāi)發(fā)者必須能夠針對客戶(hù)的需求及時(shí)對系統進(jìn)行維護和升級，以延長(cháng)系統的使用周期，改善系統的性能。目前遠程升級方式主要有：采用Boot加雙Loader的結構式設計實(shí)現系統的完整升級、基于TFTP(Trivial File Transfer Protocol)協(xié)議的ARM軟件遠程更新系統等。筆者對基于LM3S6965微控制器的嵌入式系統軟件遠程在線(xiàn)升級技術(shù)進(jìn)行研究，并提出了一種已成功驗證的在線(xiàn)升級實(shí)現方法，該方法對減少嵌入式設備的維護成本、提高設備的工作效率具有很重要的現實(shí)意義。

1 嵌入式系統功能及在線(xiàn)升級原理
1．1 嵌入式系統的功能
嵌入式系統的運行主要分為工作模式和升級模式，其中工作模式為默認模式，工作模式指設備正常工作狀態(tài)，嵌入式系統按預定的程序完成相應的測控任務(wù)，并且通過(guò)internet、GPRS等方式向監控管理中心上報監測參數。升級模式是指嵌入式處于升級狀態(tài)，包括接收服務(wù)器發(fā)送的程序代碼，以及在flash區域固化程序代碼等。
1．2 遠程在線(xiàn)升級原理
整個(gè)升級系統主要由服務(wù)器和遠程終端組成，其中遠程終端包括基于A(yíng)RM內核的嵌入式控制芯片和Modem模塊。二者之間通過(guò)RS232總線(xiàn)連接，服務(wù)器與遠程終端通過(guò)Internet進(jìn)行通信。系統結構如圖1所示。

服務(wù)器作為軟件升級任務(wù)的主動(dòng)發(fā)起者，首先向嵌入式系統發(fā)送升級命令，嵌入式系統在硬件啟動(dòng)后，首先執行引導程序Bootloader進(jìn)行一系列的初始化操作，同時(shí)選擇執行升級控制程序，待服務(wù)器接收到嵌入式系統的確認升級回復后即開(kāi)始發(fā)送升級程序代碼，在發(fā)送升級程序代碼前，服務(wù)器會(huì )將這些代碼拆分成固定長(cháng)度的多個(gè)數據單元，以每個(gè)數據單元為核心組成數據包(數據包內容包含數據包頭標志、命令頭、包序列、數據單元、CRC校驗碼、數據包尾標志、總包數等)，嵌入式系統每接收到一個(gè)數據包，都將返回確認信息，若數據包校驗無(wú)誤，則在規定的FLASH區域進(jìn)行舊程序的擦除以及新程序的復制，從而達到遠程終端的嵌入式系統軟件的在線(xiàn)升級目的。在線(xiàn)升級實(shí)現流程如圖2所示。

2 嵌入式系統在線(xiàn)升級的設計
2．1 硬件平臺
筆者設計的嵌入式系統，其硬件結構主要包括一個(gè)片外EEPROM、微處理器LM3S6965及相應的接口電路。LM3S6965處理器是Luminary Micro公司生產(chǎn)的Stellaris系列微控制器，該芯片內部具有256 kB FLASH和64 kB SRAM，LM3S6965芯片能夠提供高效的性能，廣泛的集成功能，適用于各種關(guān)注成本并明確要求具有過(guò)程控制以及連接能力的應用方案，此微處理器是針對工業(yè)的應用方案而設計的，這些方案包括遠程監控、測試和測量設備等。