2 嵌入式系統在線升級的設計

2．1 硬件平臺

筆者設計的嵌入式系統，其硬件結構主要包括一個片外EEPROM、微處理器LM3S6965及相應的接口電路。LM3S6965處理器是Luminary MICro公司生產的Stellaris系列微控制器，該芯片內部具有256 kB FLASH和64 kB SRAM，LM3S6965芯片能夠提供高效的性能，廣泛的集成功能，適用于各種關注成本并明確要求具有過程控制以及連接能力的應用方案，此微處理器是針對工業的應用方案而設計的，這些方案包括遠程監控、測試和測量設備等。

2．2 嵌入式系統軟件設計

2．2．1 Bootloader工作原理

Bootloader位于FLASH的起始處，主要是用來啟動系統，并且裝載用戶程序執行，如果沒有Bootloader，硬件啟動成功后，將直接運行用戶應用程序。反之，Bootloader的啟動代碼將先被執行，進行一系列的初始化操作后，根據預先設定的條件，選擇執行用戶應用程序或升級控制程序。

Bootloader包含兩種不同的操作模式：“啟動加載”模式和“下載”模式。啟動加載模式：這種模式也稱為“自主”模式。也就是Bootloader從目標機上的某個固態存儲設備上將操作系統加載到RAM中運行，整個過程并沒有用戶的介入。這種模式是Boodoader的正常工作模式。下載模式：在這種模式下，目標機上的Bootloader將通過串口連接或網絡連接等通信手段從PC下載文件，比如：下載內核映像和根文件系統映像等。從主機下載的文件通常首先被Bootloader保存到目標機的RAM中，然后再被Bootloader寫到目標機上的FLASH類固態存儲設備中。Bootloader工作原理流程圖如圖3所示。

2．2．2 FLASH存儲器編程及升級流程

遠程終端的升級主要是對ARM芯片內部的FLASH存儲器的原始數據進行擦除以及新數據的下載的過程。本研究采用IAP（In-ApplICation Programming）技術進行FLASH編程，在應用編程IAP是從結構上將FLASH存儲器映射為兩個存儲體，當運行一個存儲體上的用戶程序時，可對另一個存儲體重新編程，之后將程序從一個存儲體轉向另一個；同時還可以在應用程序控制下，對程序某段存儲空間進行讀取、擦除和寫入操作。IAP的實現極為靈活，可利用單片機的串行口接到計算機的RS232口，通過專門設計的固件程序來編程內部存儲器，可以通過現有的Inte rnet或其他通訊方式很方便地實現遠程升級和維護。

為了實現升級將ARM芯片內部的FLASH存儲器劃分為Bootloader區（程序啟動區）、升級處理區、用戶代碼0區、用戶代碼1區。如圖4所示。

啟動區主要用于存放系統初始化代碼以及引導程序Boofloader，當CPU復位后，自動執行該段程序代碼，該程序的主要功能是讀取片外EEPROM中相關標志，判定嵌入式系統的運行模式，若是工作模式，則根據片外EEPROM中其他標志，跳轉到規定的應用程序區的首地址；若是升級模式，則進入軟件升級處理部分的首地址。

升級處理區主要是負責接收程序代碼數據包、校驗、固化程序代碼等；當升級完畢后，將修改片外EEPROM中相關標志，指示CPU復位后的運行模式和復位后應運行的程序區。

用戶代碼0區和用戶代碼1區用于交替存放當前用戶代碼以及升級代碼，若當前用戶代碼放在0區，則將接收到的升級代碼存放在1區，此時用戶代碼1區便成為當前終端指向的用戶程序，而用戶代碼0區則用于存放下次升級時的新代碼。

遠程終端上電后首先進入Bootloader區進行系統的初始化，接著終端從片外的EEPROM中讀取升級配置，包括升級標志位，已收到的最后一個數據包的ID等，若終端處于升級狀態，則發出向服務器索要升級數據的指令，此時指令中將包含終端上次已接收到的最后一個數據包的ID，這樣可以避免服務器重復發送數據包，實現續傳的功能。終端通過Internet接收數據包并對數據包進行校驗判斷以保證接收到正確的數據。由于FLASH中進行編程的最小單位是頁，當接收到的數據達到一頁后，通過IAP進行編程，編程結束后將最后一條數據包的ID保存在EEP ROM中，所有升級數據發送結束并編程成功后，通過IAP指示CPU復位后應運行的應用程序區域。具體的軟件升級流程圖如圖5所示。