CAN总线分布式嵌入式系统的升级设计

引言
嵌入式系统具有智能化程度高、体积小、可靠性高、实时性强等诸多优点，已经越来越多地应用于消费电子、工业控制、汽车电子等各个行业。往往一个大的系统又由许多小的嵌入式系统共同构成，它们之间通过相互通信协同完成各种检测控制任务，构成分布式嵌入式系统。汽车电子系统中的车载GPS、倒车雷达、发动机控制、仪表盘系统等，数控机床中的键盘显示系统、马达控制系统等，这些无一不是嵌入式系统的具体应用。
众多嵌入式系统的应用也为软件升级带来了诸多困难，主要有以下几点：
①这些系统分处于大系统的各个位置，单独对每个系统进行升级比较困难；
②某些系统为了满足保密和可靠性的要求，对系统进行了永久密封，只预留了通信和电源端口，这就更不可能单独对它进行升级。
针对这些问题，本文提出一种利用CAN总线的分布式嵌入式系统升级方案，实现了多点、单点甚至全系统的升级，其他种类的通信端口与此类似。

1 系统架构
系统结构框图如图1所示。

整个系统由多个独立的完成一定功能的嵌入式模块、CAN总线和一个用于对整个系统进行升级的控制模块组成。其中，控制模块也可以是其中一个功能模块。在每个功能模块上安装有独立的引导程序，可以看作该模块的Bootloader，该引导程序永久固化在模块内，不随程序升级而升级。在该引导程序中嵌入CAN总线通信程序。正常工作情况下每个功能模块单独或通过CAN总线与其他模块协同工作。当需要对某个模块进行软件升级时，通过系统升级控制模块向该模块发送升级命令，该模块接收到命令后即跳转至引导程序，并等待系统升级模块发送升级数据，升级结束后再跳回至应用程序。

2 系统实现
2．1 在线升级的实现原理
采用ST公司基于ARM Cortex-M3核心的32位嵌入式处理器STM32F103VC，其片上Flash为主存储区。应用程序代码是存储在闪存(Flash)中的(0x0800C3000～0x0807FFFF)，而Flash是按Page来管理的，所以可以把Flash分成几个区域来使用。在本系统中将Flash分成两个区域，其中一个为前面提到的引导程序区，另外一个为应用程序区。Flash分区如图2所示。

芯片上电后，STM32F103VC会自动跳转到0x08000000地址执行后面的程序。而一个工程的起始位置(也就是main函数的地址)具体映射到Flash的地址是可以设置的。在本系统的设计中，在Flash放了两个main函数。引导程序用于对应用程序的升级和上电后跳转至应用程序，应用程序则完成相应的模块功能。这两个区域通过特定的指令可以实现相互的跳转，并以此实现在线升级。
2．2 硬件系统
STM32F103VC处理器具有高性能、低成本、低功耗等特点。该处理器片上外设丰富，具有多个系统定时器、CAN通信接口、USART通信接口、DMA等丰富的资源，并且借助于ST公司提供的固件库，可以很容易地对系统资源进行操作。该处理器集成了256 KB片上Flash和64KB片上SRAM，足以应对大多数任务。为实现CAN总线通信，只需要为STM32F103VC添加一片CAN驱动芯片进行电平转换。
系统硬件结构框图如图3所示。