嵌入式設備遠程在線升級技術的研究
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2．2 嵌入式系統(tǒng)軟件設計
2．2．1 Bootloader工作原理
Bootloader位于FLASH的起始處，主要是用來啟動系統(tǒng)，并且裝載用戶程序執(zhí)行，如果沒有Bootloader，硬件啟動成功后，將直接運行用戶應用程序。反之，Bootloader的啟動代碼將先被執(zhí)行，進行一系列的初始化操作后，根據(jù)預先設定的條件，選擇執(zhí)行用戶應用程序或升級控制程序。
Bootloader包含兩種不同的操作模式：“啟動加載”模式和“下載”模式。啟動加載模式：這種模式也稱為“自主”模式。也就是Bootloader從目標機上的某個固態(tài)存儲設備上將操作系統(tǒng)加載到RAM中運行，整個過程并沒有用戶的介入。這種模式是Boodoader的正常工作模式。下載模式：在這種模式下，目標機上的Bootloader將通過串口連接或網(wǎng)絡連接等通信手段從PC下載文件，比如：下載內核映像和根文件系統(tǒng)映像等。從主機下載的文件通常首先被Bootloader保存到目標機的RAM中，然后再被Bootloader寫到目標機上的FLASH類固態(tài)存儲設備中。Bootloader工作原理流程圖如圖3所示。本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/148804.htm
2．2．2 FLASH存儲器編程及升級流程
遠程終端的升級主要是對ARM芯片內部的FLASH存儲器的原始數(shù)據(jù)進行擦除以及新數(shù)據(jù)的下載的過程。本研究采用IAP(In-Application Programming)技術進行FLASH編程，在應用編程IAP是從結構上將FLASH存儲器映射為兩個存儲體，當運行一個存儲體上的用戶程序時，可對另一個存儲體重新編程，之后將程序從一個存儲體轉向另一個；同時還可以在應用程序控制下，對程序某段存儲空間進行讀取、擦除和寫入操作。IAP的實現(xiàn)極為靈活，可利用單片機的串行口接到計算機的RS232口，通過專門設計的固件程序來編程內部存儲器，可以通過現(xiàn)有的Inte rnet或其他通訊方式很方便地實現(xiàn)遠程升級和維護。
為了實現(xiàn)升級將ARM芯片內部的FLASH存儲器劃分為Bootloader區(qū)(程序啟動區(qū))、升級處理區(qū)、用戶代碼0區(qū)、用戶代碼1區(qū)。如圖4所示。
啟動區(qū)主要用于存放系統(tǒng)初始化代碼以及引導程序Boofloader，當CPU復位后，自動執(zhí)行該段程序代碼，該程序的主要功能是讀取片外EEPROM中相關標志，判定嵌入式系統(tǒng)的運行模式，若是工作模式，則根據(jù)片外EEPROM中其他標志，跳轉到規(guī)定的應用程序區(qū)的首地址；若是升級模式，則進入軟件升級處理部分的首地址。
升級處理區(qū)主要是負責接收程序代碼數(shù)據(jù)包、校驗、固化程序代碼等；當升級完畢后，將修改片外EEPROM中相關標志，指示CPU復位后的運行模式和復位后應運行的程序區(qū)。
用戶代碼0區(qū)和用戶代碼1區(qū)用于交替存放當前用戶代碼以及升級代碼，若當前用戶代碼放在0區(qū)，則將接收到的升級代碼存放在1區(qū)，此時用戶代碼1區(qū)便成為當前終端指向的用戶程序，而用戶代碼0區(qū)則用于存放下次升級時的新代碼。
遠程終端上電后首先進入Bootloader區(qū)進行系統(tǒng)的初始化，接著終端從片外的EEPROM中讀取升級配置，包括升級標志位，已收到的最后一個數(shù)據(jù)包的ID等，若終端處于升級狀態(tài)，則發(fā)出向服務器索要升級數(shù)據(jù)的指令，此時指令中將包含終端上次已接收到的最后一個數(shù)據(jù)包的ID，這樣可以避免服務器重復發(fā)送數(shù)據(jù)包，實現(xiàn)續(xù)傳的功能。終端通過Internet接收數(shù)據(jù)包并對數(shù)據(jù)包進行校驗判斷以保證接收到正確的數(shù)據(jù)。由于FLASH中進行編程的最小單位是頁，當接收到的數(shù)據(jù)達到一頁后，通過IAP進行編程，編程結束后將最后一條數(shù)據(jù)包的ID保存在EEP ROM中，所有升級數(shù)據(jù)發(fā)送結束并編程成功后，通過IAP指示CPU復位后應運行的應用程序區(qū)域。具體的軟件升級流程圖如圖5所示。
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