TS201的嵌入式系統(tǒng)軟件遠(yuǎn)程更新方法

基于DSP的遠(yuǎn)程程序更新方法很多[12]，但在燒寫的時(shí)候均要求系統(tǒng)不能斷電，否則將造成整個(gè)系統(tǒng)軟件崩潰，只能人工通過(guò)JTAG口調(diào)試燒寫才能恢復(fù)。如何有效提高系統(tǒng)維護(hù)的可靠性成為一個(gè)重要的問(wèn)題。本文創(chuàng)新地提出基于多DSP的程序分片、數(shù)據(jù)分段的高可靠性遠(yuǎn)程更新軟件設(shè)計(jì)，并列舉了多個(gè)增強(qiáng)可靠性的應(yīng)用方法。本文以某型號(hào)無(wú)線遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)為例，具體描述該設(shè)計(jì)的實(shí)際應(yīng)用。

1　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)處理數(shù)據(jù)多，計(jì)算量大，又有很強(qiáng)的實(shí)時(shí)性要求，選用ADI公司的高速處理芯片TigerSharc201s。Flash選用JS28F128，容量為256 Mb。系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用兩片ADSP并行的模式。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，TS201A為主DSP，TS201B為從DSP。主DSP經(jīng)Flash采用EPROM加載方式，再通過(guò)Link口引導(dǎo)加載從DSP。本處理系統(tǒng)支持多種工作模式，監(jiān)控中心通過(guò)內(nèi)部協(xié)議遠(yuǎn)程管控處理系統(tǒng)。從DSP實(shí)現(xiàn)信號(hào)處理計(jì)算，把處理計(jì)算結(jié)果傳遞給主DSP;主DSP實(shí)現(xiàn)管控模塊，通過(guò)外圍芯片F(xiàn)PGA的串口協(xié)議發(fā)送給無(wú)線傳輸設(shè)備，通過(guò)CDMA模塊用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的形式，發(fā)送到監(jiān)控中心軟件。監(jiān)控中心通過(guò)協(xié)議對(duì)其可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程管理，包括數(shù)據(jù)庫(kù)文件更新、程序更新和狀態(tài)模式轉(zhuǎn)換。

圖1　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2　遠(yuǎn)程更新原理及實(shí)現(xiàn)

2.1　設(shè)計(jì)原理

Flash內(nèi)部分為256個(gè)block，可以擦寫任意位置的block段，沒(méi)有擦寫的block數(shù)據(jù)不會(huì)丟失。根據(jù)這一特性，把兩片DSP軟件程序和分段的數(shù)據(jù)庫(kù)的燒寫位置分開(kāi)。Flash空間地址分配如圖2所示。

圖2　Flash空間地址分配示意圖

監(jiān)控中心按照內(nèi)部協(xié)議把數(shù)據(jù)庫(kù)或程序文件分包，通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)下發(fā)到以TS201為核心的信號(hào)處理機(jī)。處理機(jī)接收完數(shù)據(jù)后，通過(guò)自身的燒寫功能，把新數(shù)據(jù)自動(dòng)寫入Flash中。重新啟動(dòng)后，DSP重載實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程分片更新程序的功能。程序的初始化設(shè)置中，每次會(huì)自動(dòng)讀回Flash中的數(shù)據(jù)，完成更新數(shù)據(jù)庫(kù)參數(shù)的功能。

為了增加遠(yuǎn)程更新的可靠性，把兩片DSP程序分開(kāi)位置燒寫。由于主DSP只涉及管理控制功能，所以把主DSP程序作為整個(gè)系統(tǒng)的“殼”，一般不作更新。用從DSP實(shí)現(xiàn)其主要的性能計(jì)算，它的加載通過(guò)主DSP的Link口引導(dǎo)。這樣，大部分的在線維護(hù)和算法程序升級(jí)通過(guò)更新從DSP就能完成。在更新的過(guò)程中，主DSP程序不會(huì)受影響，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性，也不必?fù)?dān)心突然掉電會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)軟件的崩潰。

2.2　基于TS201的遠(yuǎn)程更新過(guò)程

本系統(tǒng)制定內(nèi)部協(xié)議，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程更新的指令交互。信號(hào)處理機(jī)接收指令，按照協(xié)議決定遠(yuǎn)程更新的內(nèi)容，分為軟件更新或者數(shù)據(jù)庫(kù)更新。若為軟件更新再區(qū)分主、從DSP軟件更新;若為數(shù)據(jù)庫(kù)更新，根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)信息決定更新的位置和段數(shù)。

本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)文件為30K×4字節(jié)，分為6段。根據(jù)無(wú)線傳輸設(shè)備的發(fā)送能力，把數(shù)據(jù)按照每包198字節(jié)分包，每包包括報(bào)頭、總包數(shù)、包號(hào)和校驗(yàn)位等信息，數(shù)據(jù)協(xié)議具體格式如下：

報(bào)頭：SOH;

報(bào)文長(zhǎng)度：本包數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度，包括報(bào)頭，固定為198;

總包數(shù)：此次程序或者數(shù)據(jù)庫(kù)文件分成的總包數(shù);

包號(hào)：本包的編號(hào);

數(shù)據(jù)：需要更新的數(shù)據(jù);

校驗(yàn)位：占3個(gè)字節(jié)，包括1個(gè)字節(jié)的奇偶校驗(yàn)位、2個(gè)字節(jié)的CRC校驗(yàn)位。

發(fā)送更新文件時(shí)，系統(tǒng)采用握手協(xié)議。信號(hào)處理機(jī)每接收到1包數(shù)據(jù)，將發(fā)回饋信息給監(jiān)控中心，監(jiān)控中心接收到成功回饋信息后，再發(fā)下1包數(shù)據(jù)。否則將進(jìn)入等待模式，10 s后自動(dòng)重發(fā)此包數(shù)據(jù)。若連續(xù)重發(fā)3次仍然不成功，才放棄此次更新。信號(hào)處理機(jī)軟件機(jī)制和監(jiān)控中心一樣，發(fā)送回饋后進(jìn)入等待模式，10 s后自動(dòng)重新發(fā)送回饋信息，最多重發(fā)3次，才放棄更新，重新回到工作狀態(tài)，直到接收到新的下發(fā)指令。

信號(hào)處理機(jī)接收完全部的數(shù)據(jù)包后，還要進(jìn)行包號(hào)核對(duì)，確認(rèn)無(wú)誤后，用協(xié)議通知監(jiān)控中心即將進(jìn)入燒寫模式。按照Flash特定的讀寫指令，把RAM中的數(shù)據(jù)由Flash的第20個(gè)block起始位置開(kāi)始寫入。如果是數(shù)據(jù)庫(kù)，按照協(xié)議解讀數(shù)據(jù)段號(hào)，把燒寫起始位置改為相應(yīng)block的地址。燒寫完成后，將燒寫成功與否的信息回饋給監(jiān)控中心。在不斷電的情況下，系統(tǒng)此時(shí)仍然是按照舊的軟件版本運(yùn)行。系統(tǒng)設(shè)計(jì)了遠(yuǎn)程的硬重啟，通過(guò)指令控制繼電器。繼電器連接電源模塊，實(shí)現(xiàn)短暫的斷電功能，從而實(shí)現(xiàn)DSP的重新加載，完成程序或者數(shù)據(jù)庫(kù)更新。詳細(xì)的遠(yuǎn)程更新流程如圖3所示。

圖3　遠(yuǎn)程更新流程

2.2.1　FPGA程序?qū)崿F(xiàn)

FPGA負(fù)責(zé)片選串口信號(hào)，TS201為高速設(shè)備。為了不頻繁打斷TS201的進(jìn)程，在FPGA中設(shè)計(jì)9個(gè)字節(jié)的FIFO。FIFO滿即向TS201發(fā)送IRQ外部中斷信號(hào)，通知TS201讀取數(shù)據(jù)，F(xiàn)PGA接收1個(gè)讀信號(hào)清空FIFO中的1個(gè)數(shù)據(jù)。

2.2.2　TS201中斷程序?qū)崿F(xiàn)

串口采用中斷的方式接收，具體的ISR部分實(shí)現(xiàn)如下：

interrupt(SIGIRQ1, isr_uart2);//設(shè)置串口中斷地址

interrupt(SIGTIMER1LP,TIMER1_ISR); //設(shè)置定時(shí)器中斷地址

void isr_uart2() {

int i;

int buf_uart[9];

for(i=0;i9;i++){

buf_uart[i]=*UART_ADD_2;//讀取數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)

buf_uart[i] =buf_uart[i] 0xff; //避免數(shù)據(jù)線串?dāng)_，只取數(shù)據(jù)線上的低8位

}

……

}

② 定時(shí)器程序設(shè)計(jì)。TS201有Timer0和Timer1兩個(gè)定時(shí)器，每個(gè)定時(shí)器又分為高位和低位兩個(gè)寄存器。本系統(tǒng)采用Timer1的低位寄存器做10 s定時(shí)。

void TIMER1_ISR( ){

int i,tempp;//關(guān)閉定時(shí)器