嵌入式多节点的无线批量程序更新系统设计(二)

　　缓冲区Deluge_buf

　　Deluge_buf是一个环形缓冲区，用于缓存原始的网络层数据。缓冲区实际上是由一个环形链表、两个指针和一个整数组成。链表的每个节点用于存储实际数据，节点数目根据需要而定;一个tail指针和一个head指针，分别指链表的读出点和写入点，执行一次读出或写入操作后，tail或head指针都向前移动一次，整数的作用是统计当前链表上可用节点的数目。Deluge_buf结构体定义如下：

　　struct Deluge_buf {

　　struct data_entry queue_data[QUEUE_LENGTH]; // The data of current queue

　　uint8 recv_num;

　　uint8 queue_head;

　　uint8 queue_tail;

　　};

　　值得注意的是结构体data_entry中Payload项的组成在不同类型的帧中是不同的，比如数据帧中Payload包括页号p、帧号id和数据data以及数据长度data_len，而广告帧中只包含p和id，因此解析方法要根据type值来区分。

　　帧结构DelugeData

　　如图五所示，DelugeData定义了帧类型(type)等六个数据项，设计中根据不同的帧类型规定了各个数据项的含义，具体定义如表4.1所示，“—”表示该数据项在帧中没有定义。

表4.1 DelugeData中数据项含义的定义

　　3、缓冲区Flash_buf

　　因为写flash操作比网络传输慢得多，为了避免写flash拖慢整个数据分发速度，建立缓冲区Flash_buf用于缓存准备好的数据。Flash_buf也是一个环形缓冲区，原理和Deluge_buf相同。缓冲区的节点包含p、id、data三个数据项和指针域next，其中data是要写入flash的数据，p和id用于计算待写入的flash地址。

　　3.3.3 可靠数据分发协议的软件架构设计

　　可靠数据分发协议的软件构架设计包括发送端和接收端两块内容。发送端软件运行在数据基站上，分为两个阶段，第一阶段通知节点连续地发送整个文件，第二阶段运行状态机参与到节点的交流中去;接收端软件运行在待烧录节点上，第一个阶段尽可能多的接收基站发送来的数据，第二阶参与节点间讨论。因为发送端第一阶段软件比较简单，第二阶段和接收端相同，所以这里只重点介绍接收端的软件构架设计。

　　第一阶段：

　　程序完成初始化后进入准备接收状态，当数据帧到来时将数据提取出来写到flash相应的地址(地址由页号p和帧号id计算得到)，并将该帧标记为“完成帧”;若接收到结束帧，则记录结束帧的页号pmax和帧号idmax并进入第二阶段;若接收到其他类型帧则直接进入第二阶段。第一阶段的软件流程图如图4.6所示。

　　第二阶段：

　　完成第一轮接收后，程序运行ADV-REQ-DATA状态机，和其他节点交流，完善或帮助其他节点完善数据文件。状态机分为MAINTAIN(维护)、RX(请求)和TX(发送)三个状态，程序首先进入MAINTAIN状态。MAINTAIN状态下，程序监听广告帧和请求帧并在适当时机发送广告，根据协议规定，程序可能跳转到RX状态或TX状态进行数据帧请求和发送操作，操作完成后返回MAINTAIN状态。程序中定义一个最长时间tmax，如果MAINTAIN状态持续时间超过tmax，则认为整个数据分发过程结束，程序检查自己接收到的数据是否完备后退出。第二阶段的软件流程图如图4.7所示。

　　四 系统测试

　　本测试将用三个程序作为用例，以测试系统的可用性。三个程序分别为：

　　Led.bin实现简单的跑马灯;

　　GoAhead.bin 三辆小车将一直向前方走，即使碰到障碍物也不停止;

　　RandomWalk.bin 三辆小车将进行随机行走，并且碰到障碍物后会进行壁障，转弯。

　　首先我们将批量更新跑马灯的程序，然后我们来看GoAhead.bin，如图5.1所示。完整的程序镜像大小为3340Bytes

　　当前在节点上已经运行了Led.bin,我们将使用Led.bin和GoAhead.bin进行比较，生成patch.bin文件，即补丁文件。

　　我们看到，生成的patch.bin文件仅仅是原程序GoAhead.bin的1/3大小!图5.3是patch.bin代表的命令(截取一部分)。

　　下面从GoAhead.bin 生成 RandomWalk.bin，RandomWalk.bin的大小如图5.4所示：

　　图5.5从生成的patch.bin文件的大小可以看到，其为RandomWalk的大约1/3。但有个值得注意的地方是，RandomWalk.bin比GoAhead.bin大了1000多个字节。添加的着1000多个字节是占patch.bin的主要内容。可见发送patch.bin比较适合于修改部分变量或者函数的时候。如果是单纯的增加功能，比较适合于发送完整的镜像文件。

　　五 总结

　　测试结果表明，本设计实现了可靠性无线批量嵌入式节点程序更新，烧录出错率低;更新效率高;不依赖操作系统，具有很好的可移植性，项目总体上实现了设计的目标。另一方面由于时间限制，系统仍然存在一些不足。以下是设计中几点需要优化的地方和相应的改进意见。

　　系统在Linux环境下进行了开发和应用，没有开发Windows版本。项目组准备在下一阶段把系统移植到Windows平台上。

　　尚未实现程序的动态更新，即每次更新前都要将正在运行的程序关掉，强制节点进入准备状态。可以分配一个专用线程用于程序更新，同时为了避免更新对正在运行的程序造成影响，需要在更新过程中引入动态链接技术