CAN總線(xiàn)分布式嵌入式系統的升級設計

引言
嵌入式系統具有智能化程度高、體積小、可靠性高、實(shí)時(shí)性強等諸多優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)越來(lái)越多地應用于消費電子、工業(yè)控制、汽車(chē)電子等各個(gè)行業(yè)。往往一個(gè)大的系統又由許多小的嵌入式系統共同構成，它們之間通過(guò)相互通信協(xié)同完成各種檢測控制任務(wù)，構成分布式嵌入式系統。汽車(chē)電子系統中的車(chē)載GPS、倒車(chē)雷達、發(fā)動(dòng)機控制、儀表盤(pán)系統等，數控機床中的鍵盤(pán)顯示系統、馬達控制系統等，這些無(wú)一不是嵌入式系統的具體應用。
眾多嵌入式系統的應用也為軟件升級帶來(lái)了諸多困難，主要有以下幾點(diǎn)：
①這些系統分處于大系統的各個(gè)位置，單獨對每個(gè)系統進(jìn)行升級比較困難；
②某些系統為了滿(mǎn)足保密和可靠性的要求，對系統進(jìn)行了永久密封，只預留了通信和電源端口，這就更不可能單獨對它進(jìn)行升級。
針對這些問(wèn)題，本文提出一種利用CAN總線(xiàn)的分布式嵌入式系統升級方案，實(shí)現了多點(diǎn)、單點(diǎn)甚至全系統的升級，其他種類(lèi)的通信端口與此類(lèi)似。

1 系統架構
系統結構框圖如圖1所示。

整個(gè)系統由多個(gè)獨立的完成一定功能的嵌入式模塊、CAN總線(xiàn)和一個(gè)用于對整個(gè)系統進(jìn)行升級的控制模塊組成。其中，控制模塊也可以是其中一個(gè)功能模塊。在每個(gè)功能模塊上安裝有獨立的引導程序，可以看作該模塊的Bootloader，該引導程序永久固化在模塊內，不隨程序升級而升級。在該引導程序中嵌入CAN總線(xiàn)通信程序。正常工作情況下每個(gè)功能模塊單獨或通過(guò)CAN總線(xiàn)與其他模塊協(xié)同工作。當需要對某個(gè)模塊進(jìn)行軟件升級時(shí)，通過(guò)系統升級控制模塊向該模塊發(fā)送升級命令，該模塊接收到命令后即跳轉至引導程序，并等待系統升級模塊發(fā)送升級數據，升級結束后再跳回至應用程序。

2 系統實(shí)現
2．1 在線(xiàn)升級的實(shí)現原理
采用ST公司基于A(yíng)RM Cortex-M3核心的32位嵌入式處理器STM32F103VC，其片上Flash為主存儲區。應用程序代碼是存儲在閃存(Flash)中的(0x0800C3000～0x0807FFFF)，而Flash是按Page來(lái)管理的，所以可以把Flash分成幾個(gè)區域來(lái)使用。在本系統中將Flash分成兩個(gè)區域，其中一個(gè)為前面提到的引導程序區，另外一個(gè)為應用程序區。Flash分區如圖2所示。

芯片上電后，STM32F103VC會(huì )自動(dòng)跳轉到0x08000000地址執行后面的程序。而一個(gè)工程的起始位置(也就是main函數的地址)具體映射到Flash的地址是可以設置的。在本系統的設計中，在Flash放了兩個(gè)main函數。引導程序用于對應用程序的升級和上電后跳轉至應用程序，應用程序則完成相應的模塊功能。這兩個(gè)區域通過(guò)特定的指令可以實(shí)現相互的跳轉，并以此實(shí)現在線(xiàn)升級。
2．2 硬件系統
STM32F103VC處理器具有高性能、低成本、低功耗等特點(diǎn)。該處理器片上外設豐富，具有多個(gè)系統定時(shí)器、CAN通信接口、USART通信接口、DMA等豐富的資源，并且借助于ST公司提供的固件庫，可以很容易地對系統資源進(jìn)行操作。該處理器集成了256 KB片上Flash和64KB片上SRAM，足以應對大多數任務(wù)。為實(shí)現CAN總線(xiàn)通信，只需要為STM32F103VC添加一片CAN驅動(dòng)芯片進(jìn)行電平轉換。
系統硬件結構框圖如圖3所示。