CAN總線分布式嵌入式系統(tǒng)的升級(jí)設(shè)計(jì)

引言
嵌入式系統(tǒng)具有智能化程度高、體積小、可靠性高、實(shí)時(shí)性強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)越來越多地應(yīng)用于消費(fèi)電子、工業(yè)控制、汽車電子等各個(gè)行業(yè)。往往一個(gè)大的系統(tǒng)又由許多小的嵌入式系統(tǒng)共同構(gòu)成，它們之間通過相互通信協(xié)同完成各種檢測控制任務(wù)，構(gòu)成分布式嵌入式系統(tǒng)。汽車電子系統(tǒng)中的車載GPS、倒車?yán)走_(dá)、發(fā)動(dòng)機(jī)控制、儀表盤系統(tǒng)等，數(shù)控機(jī)床中的鍵盤顯示系統(tǒng)、馬達(dá)控制系統(tǒng)等，這些無一不是嵌入式系統(tǒng)的具體應(yīng)用。
眾多嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用也為軟件升級(jí)帶來了諸多困難，主要有以下幾點(diǎn)：
①這些系統(tǒng)分處于大系統(tǒng)的各個(gè)位置，單獨(dú)對(duì)每個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)比較困難；
②某些系統(tǒng)為了滿足保密和可靠性的要求，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了永久密封，只預(yù)留了通信和電源端口，這就更不可能單獨(dú)對(duì)它進(jìn)行升級(jí)。
針對(duì)這些問題，本文提出一種利用CAN總線的分布式嵌入式系統(tǒng)升級(jí)方案，實(shí)現(xiàn)了多點(diǎn)、單點(diǎn)甚至全系統(tǒng)的升級(jí)，其他種類的通信端口與此類似。

1 系統(tǒng)架構(gòu)
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

整個(gè)系統(tǒng)由多個(gè)獨(dú)立的完成一定功能的嵌入式模塊、CAN總線和一個(gè)用于對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)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(dú)立的引導(dǎo)程序，可以看作該模塊的Bootloader，該引導(dǎo)程序永久固化在模塊內(nèi)，不隨程序升級(jí)而升級(jí)。在該引導(dǎo)程序中嵌入CAN總線通信程序。正常工作情況下每個(gè)功能模塊單獨(dú)或通過CAN總線與其他模塊協(xié)同工作。當(dāng)需要對(duì)某個(gè)模塊進(jìn)行軟件升級(jí)時(shí)，通過系統(tǒng)升級(jí)控制模塊向該模塊發(fā)送升級(jí)命令，該模塊接收到命令后即跳轉(zhuǎn)至引導(dǎo)程序，并等待系統(tǒng)升級(jí)模塊發(fā)送升級(jí)數(shù)據(jù)，升級(jí)結(jié)束后再跳回至應(yīng)用程序。

2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)
2．1 在線升級(jí)的實(shí)現(xiàn)原理
采用ST公司基于ARM Cortex-M3核心的32位嵌入式處理器STM32F103VC，其片上Flash為主存儲(chǔ)區(qū)。應(yīng)用程序代碼是存儲(chǔ)在閃存(Flash)中的(0x0800C3000～0x0807FFFF)，而Flash是按Page來管理的，所以可以把Flash分成幾個(gè)區(qū)域來使用。在本系統(tǒng)中將Flash分成兩個(gè)區(qū)域，其中一個(gè)為前面提到的引導(dǎo)程序區(qū)，另外一個(gè)為應(yīng)用程序區(qū)。Flash分區(qū)如圖2所示。

芯片上電后，STM32F103VC會(huì)自動(dòng)跳轉(zhuǎn)到0x08000000地址執(zhí)行后面的程序。而一個(gè)工程的起始位置(也就是main函數(shù)的地址)具體映射到Flash的地址是可以設(shè)置的。在本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，在Flash放了兩個(gè)main函數(shù)。引導(dǎo)程序用于對(duì)應(yīng)用程序的升級(jí)和上電后跳轉(zhuǎn)至應(yīng)用程序，應(yīng)用程序則完成相應(yīng)的模塊功能。這兩個(gè)區(qū)域通過特定的指令可以實(shí)現(xiàn)相互的跳轉(zhuǎn)，并以此實(shí)現(xiàn)在線升級(jí)。
2．2 硬件系統(tǒng)
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(shè)豐富，具有多個(gè)系統(tǒng)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(duì)系統(tǒng)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(yīng)對(duì)大多數(shù)任務(wù)。為實(shí)現(xiàn)CAN總線通信，只需要為STM32F103VC添加一片CAN驅(qū)動(dòng)芯片進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。
系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。