基于WiFi的車(chē)載終端遠程軟件升級方法

摘要：為克服車(chē)載嵌入式設備難以集中回收進(jìn)行軟件升級的缺點(diǎn)，提出了一種基于WiFi通信的遠程軟件升級方法。該方法對微控制器FLASH存儲空間進(jìn)行有效分配，設計IAP功能，利用WiFi通信接口采用TFTP協(xié)議下載新軟件到FLASH，實(shí)現嵌入式軟件在線(xiàn)升級。給出了升級方法的詳細設計和程序流程，升級速度快，受環(huán)境影響小。該方法可應用于移動(dòng)分布式嵌入式設備中。

引言

隨著(zhù)對系統功能、性能要求的不斷提高，或為了消除缺陷，用戶(hù)常常需要對嵌入式終端設備軟件進(jìn)行升級。目前嵌入式終端軟件升級方法有專(zhuān)用工具燒寫(xiě)、在系統編程(ISP)和在應用編程(IAP)等。前兩種方式需要專(zhuān)門(mén)的人員到達現場(chǎng)、甚至拆卸設備才能進(jìn)行軟件升級。IAP方式可由開(kāi)發(fā)人員根據實(shí)際應用進(jìn)行靈活設計，例如使用串口升級、USB升級等。

由于車(chē)載終端具有移動(dòng)性、分布廣泛、無(wú)法集中召回等特點(diǎn)，傳統軟件升級方案顯得束手無(wú)策。遠程軟件升級方案能夠為系統維護提供極大的方便，目前主流使用基于GPRS的IAP方式，但通常需要支付給運營(yíng)商一定的費用。

根據某單位車(chē)輛管理系統的實(shí)際情況，本文設計出一種基于WiFi的遠程軟件升級方法。具有簡(jiǎn)單、便捷、可靠、成本低等優(yōu)點(diǎn)。

1 系統原理

系統結構如圖1所示。該單位有若干分部，每個(gè)分部獨立管轄所屬的車(chē)輛，每個(gè)車(chē)輛裝載一套終端，用于記錄車(chē)輛行駛信息。當車(chē)輛外出執行任務(wù)及返回經(jīng)過(guò)車(chē)場(chǎng)門(mén)口時(shí)，與車(chē)場(chǎng)門(mén)口的數據采集設備通過(guò)WiFi進(jìn)行數據交互。各分部數據采集設備連接至互聯(lián)網(wǎng)與總部進(jìn)行數據交互。

終端設備MCU采用STM32F107芯片，該芯片是意法半導體公司基于A(yíng)RM Cortex—M3的32位嵌入式處理器，主頻達72 MHz、90DMIPS。它具有256 KB閃存程序存儲器、20KB的數據存儲器及64 KB RAM。外圍接口豐富，價(jià)格僅與8位單片機相當，性?xún)r(jià)比極高。

WiFi模塊采用RedPine公司的RS9110-N-11-02模塊，該模塊通過(guò)SPI接口與MCU通信。RS9110-N11-02模塊為IEEE 802.11b/g/n WLAN設備，集成MAC、基帶處理器、幅值可調RF收發(fā)器、頻率參考和天線(xiàn)等。硬件模塊嵌入了網(wǎng)絡(luò )協(xié)議棧、WLAN協(xié)議和配置功能，構成一個(gè)完整的802.11n WLAN解決方案。

系統軟件升級工作過(guò)程如下：

①通過(guò)以太網(wǎng)把編譯好的新軟件傳輸到各分部數據采集設備上;

②車(chē)輛外出或返回時(shí)途經(jīng)車(chē)場(chǎng)門(mén)口數據采集設備WiFi網(wǎng)絡(luò )覆蓋區域;

③車(chē)輛終端設備通過(guò)WiFi網(wǎng)絡(luò )連接到數據采集設備，如需要則進(jìn)行新軟件下載;

④車(chē)輛終端執行新軟件。

2 軟件升級方法及流程

STM32F107內部FLASH存儲器地址以0x08000000開(kāi)始，共256K。為了在線(xiàn)升級，將該FLASH存儲器如圖2所示劃分為BOOT區、應用程序區、臨時(shí)區、參數存儲區。

其中BOOT區用于存放系統自舉程序，應用程序區用于存放用戶(hù)應用軟件，臨時(shí)區用于臨時(shí)存儲正在下載的軟件，參數存儲區用于存儲程序升級時(shí)所使用的標志及其他系統參數。

軟件升級標志定義如下：正常模式、升級模式及拷貝模式。正常模式標志著(zhù)無(wú)需進(jìn)行軟件升級，直接跳轉到應用程序區執行;升級模式標志著(zhù)終端需要下載新的應用程序;拷貝模式用于在軟件下載完畢后拷貝到應用程序區，將該部分功能獨立出來(lái)是為了在軟件下載完畢后拷貝到應用程序區時(shí)出現突然斷電等故障時(shí)進(jìn)行故障恢復。

終端處于WiFi信號范圍時(shí)，接入WiFi網(wǎng)絡(luò )與數據采集設備進(jìn)行信息交互。如圖3所示，軟件升級流程如下：

①接收到版本號查詢(xún)指令，回復本終端軟件版本號給數據采集設備;

②若版本號為最新，流程結束，否則會(huì )接收到數據采集設備發(fā)來(lái)的軟件升級指令;

③修改參數存儲區存儲的軟件升級標志為升級模式，復位MCU;

④MCU從BOOT區啟動(dòng);

⑤讀取軟件升級標志，如是“正常模式”，判斷應用程序區是否有應用程序，若有則跳轉到應用程序區執行，若無(wú)則置軟件升級標志為“升級模式”，復位MCU，跳轉到步驟④;

⑥若軟件升級標志是“拷貝模式”，拷貝臨時(shí)區軟件到應用程序區，修改軟件升級標志為正常模式，復位MCU，跳轉到步驟④;

⑦若軟件升級標志是“升級模式”，則掃描并接入WiFi網(wǎng)絡(luò );

⑧使用TFTP協(xié)議下載新軟件到臨時(shí)區;

⑨校驗新軟件是否正確，若不正確則跳轉到步驟⑧，若正確則執行下一步;

⑩修改軟件升級標志為“拷貝模式”，復位MCU，跳轉到步驟④。

3 軟件實(shí)現

升級軟件主要由版本號比較、軟件復位、軟件下載及校驗、拷貝軟件到應用程序區、軟件跳轉到應用程序區幾部分組成。

(1)版本號比較

每個(gè)版本的軟件需要有不同的版本號，按照一定規則遞增，如數據采集設備上有2.0版本軟件比本終端1.0版本高，則據此進(jìn)行軟件升級。

(2)軟件復位

根據本設計，軟件需要復位進(jìn)入BOOT區進(jìn)行一系列操作。通過(guò)使STM32內部中斷應用和復位控制寄存器中的SYSRESETREQ位置1，即可實(shí)現軟件復位。

(3)軟件下載及校驗

采用TFTP協(xié)議下載應用軟件到MCU臨時(shí)區。TFTP用于發(fā)送較小的文件時(shí)實(shí)現簡(jiǎn)單，可靠性高。其下層使用UDP協(xié)議，發(fā)送使用UDP 69端口，每次發(fā)送的最大分組為512字節，發(fā)送雙方采用超時(shí)重傳機制。數據傳輸模式可選為octet模式(二進(jìn)制模式)。

TFTP支持6種類(lèi)型的數據包，分別是：

①Read rcquest(RRQ);

②Write rcquest(WRQ);

③Data(DATA);

④Acknowledgment(ACK);