CAN總線分布式嵌入式系統(tǒng)的升級設計

引言
嵌入式系統(tǒng)具有智能化程度高、體積小、可靠性高、實時性強等諸多優(yōu)點，已經越來越多地應用于消費電子、工業(yè)控制、汽車電子等各個行業(yè)。往往一個大的系統(tǒng)又由許多小的嵌入式系統(tǒng)共同構成，它們之間通過相互通信協(xié)同完成各種檢測控制任務，構成分布式嵌入式系統(tǒng)。汽車電子系統(tǒng)中的車載GPS、倒車雷達、發(fā)動機控制、儀表盤系統(tǒng)等，數控機床中的鍵盤顯示系統(tǒng)、馬達控制系統(tǒng)等，這些無一不是嵌入式系統(tǒng)的具體應用。
眾多嵌入式系統(tǒng)的應用也為軟件升級帶來了諸多困難，主要有以下幾點：
①這些系統(tǒng)分處于大系統(tǒng)的各個位置，單獨對每個系統(tǒng)進行升級比較困難；
②某些系統(tǒng)為了滿足保密和可靠性的要求，對系統(tǒng)進行了永久密封，只預留了通信和電源端口，這就更不可能單獨對它進行升級。
針對這些問題，本文提出一種利用CAN總線的分布式嵌入式系統(tǒng)升級方案，實現了多點、單點甚至全系統(tǒng)的升級，其他種類的通信端口與此類似。

1 系統(tǒng)架構
系統(tǒng)結構框圖如圖1所示。

整個系統(tǒng)由多個獨立的完成一定功能的嵌入式模塊、CAN總線和一個用于對整個系統(tǒng)進行升級的控制模塊組成。其中，控制模塊也可以是其中一個功能模塊。在每個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總線通信程序。正常工作情況下每個功能模塊單獨或通過CAN總線與其他模塊協(xié)同工作。當需要對某個模塊進行軟件升級時，通過系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)實現
2．1 在線升級的實現原理
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為主存儲區(qū)。應用程序代碼是存儲在閃存(Flash)中的(0x0800C3000～0x0807FFFF)，而Flash是按Page來管理的，所以可以把Flash分成幾個區(qū)域來使用。在本系統(tǒng)中將Flash分成兩個區(qū)域，其中一個為前面提到的引導程序區(qū)，另外一個為應用程序區(qū)。Flash分區(qū)如圖2所示。

芯片上電后，STM32F103VC會自動跳轉到0x08000000地址執(zhí)行后面的程序。而一個工程的起始位置(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(tǒng)的設計中，在Flash放了兩個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。這兩個區(qū)域通過特定的指令可以實現相互的跳轉，并以此實現在線升級。
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。該處理器片上外設豐富，具有多個系統(tǒng)定時器、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(tǒng)資源進行操作。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。為實現CAN總線通信，只需要為STM32F103VC添加一片CAN驅動芯片進行電平轉換。
系統(tǒng)硬件結構框圖如圖3所示。