嵌入式设备远程在线升级技术的研究
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2．2 嵌入式系统软件设计
2．2．1 Bootloader工作原理
Bootloader位于FLASH的起始处，主要是用来启动系统，并且装载用户程序执行，如果没有Bootloader，硬件启动成功后，将直接运行用户应用程序。反之，Bootloader的启动代码将先被执行，进行一系列的初始化操作后，根据预先设定的条件，选择执行用户应用程序或升级控制程序。
Bootloader包含两种不同的操作模式：“启动加载”模式和“下载”模式。启动加载模式：这种模式也称为“自主”模式。也就是Bootloader从目标机上的某个固态存储设备上将操作系统加载到RAM中运行，整个过程并没有用户的介入。这种模式是Boodoader的正常工作模式。下载模式：在这种模式下，目标机上的Bootloader将通过串口连接或网络连接等通信手段从PC下载文件，比如：下载内核映像和根文件系统映像等。从主机下载的文件通常首先被Bootloader保存到目标机的RAM中，然后再被Bootloader写到目标机上的FLASH类固态存储设备中。Bootloader工作原理流程图如图3所示。本文引用地址：https://www.eepw.com.cn/article/148804.htm
2．2．2 FLASH存储器编程及升级流程
远程终端的升级主要是对ARM芯片内部的FLASH存储器的原始数据进行擦除以及新数据的下载的过程。本研究采用IAP(In-Application Programming)技术进行FLASH编程，在应用编程IAP是从结构上将FLASH存储器映射为两个存储体，当运行一个存储体上的用户程序时，可对另一个存储体重新编程，之后将程序从一个存储体转向另一个；同时还可以在应用程序控制下，对程序某段存储空间进行读取、擦除和写入操作。IAP的实现极为灵活，可利用单片机的串行口接到计算机的RS232口，通过专门设计的固件程序来编程内部存储器，可以通过现有的Inte rnet或其他通讯方式很方便地实现远程升级和维护。
为了实现升级将ARM芯片内部的FLASH存储器划分为Bootloader区(程序启动区)、升级处理区、用户代码0区、用户代码1区。如图4所示。
启动区主要用于存放系统初始化代码以及引导程序Boofloader，当CPU复位后，自动执行该段程序代码，该程序的主要功能是读取片外EEPROM中相关标志，判定嵌入式系统的运行模式，若是工作模式，则根据片外EEPROM中其他标志，跳转到规定的应用程序区的首地址；若是升级模式，则进入软件升级处理部分的首地址。
升级处理区主要是负责接收程序代码数据包、校验、固化程序代码等；当升级完毕后，将修改片外EEPROM中相关标志，指示CPU复位后的运行模式和复位后应运行的程序区。
用户代码0区和用户代码1区用于交替存放当前用户代码以及升级代码，若当前用户代码放在0区，则将接收到的升级代码存放在1区，此时用户代码1区便成为当前终端指向的用户程序，而用户代码0区则用于存放下次升级时的新代码。
远程终端上电后首先进入Bootloader区进行系统的初始化，接着终端从片外的EEPROM中读取升级配置，包括升级标志位，已收到的最后一个数据包的ID等，若终端处于升级状态，则发出向服务器索要升级数据的指令，此时指令中将包含终端上次已接收到的最后一个数据包的ID，这样可以避免服务器重复发送数据包，实现续传的功能。终端通过Internet接收数据包并对数据包进行校验判断以保证接收到正确的数据。由于FLASH中进行编程的最小单位是页，当接收到的数据达到一页后，通过IAP进行编程，编程结束后将最后一条数据包的ID保存在EEP ROM中，所有升级数据发送结束并编程成功后，通过IAP指示CPU复位后应运行的应用程序区域。具体的软件升级流程图如图5所示。
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