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嵌入式系统自更新机制的设计与应用

发布时间:2020-06-30 19:17:29 阅读: 来源:义齿包装盒厂家

引 言

本文引用地址: 随着嵌入式系统的发展和广泛应用,必不可少的维护工作变得日益繁重。如移动电话在用户使用过程中,部分未能在软件研发阶段发现的缺陷会逐渐暴露,不可避免地增加了维护成本。又如在设备运行期间,用户往往会基于原有软硬件对产品提出新功能或更高的性能要求,这对软件重用性提出了挑战。在移动设备数量较多,而且使用地点无法预知的情况下,采用传统的人工更新方式会耗费大量的人力物力。自更新技术在嵌入式系统中分为两个相互联系又相互独立的阶段:首先是将更新包下载至本地移动设备中,然后在本地移动设备中实现自更新。 将自更新技术嵌入RTOS中的关键在于自更新后系统启动的稳定性。嵌入式移动系统一般都有独立的boot―loader对系统进行初始化并引导加载内核。这种启动基于bootloader,该自更新机制决定了bootloader不仅仅起到加载内核镜像这一基本功能,而是被看作是一个虚拟系统。

1 自更新机制的架构 支持自更新功能的嵌入式系统由服务器端和客户端两部分组成。服务器端通过OMA协议,与客户端建立无线连接。客户端采用基于ARM9的微处理器,配有8 MB的RAM和32 MB的NOR F1ash存储器,及其他相关外围设备,具有相对可见的bootloader程序。自更新机制架构如图1所示。

自更新机制总体流程如下:a.设备厂商根据需求,生成包括升级到新版本或返回到旧版本的多个更新包。b.这些更新包将被送至无线服务提供商处进行统一管理,并最终将更新包提供给用户。c.在更新包提供给用户前,每个单独的移动设备将会选择最优方案(即网络提供商)。d.服务器端通过传输机制(如OMA―DL 1.O协议标准或网络提供商标准)与客户端建立会话连接,客户端将下载并存储更新包。e.更新应用程序将与用户交互以获得更新权限并进入更新进程。整个更新过程由bootloader完全控制,直到更新成功。f.更新后的目标设备重启,并将更新结果发送至服务器端。

2 更新系统的设计2.1 Flash存储器的布局 原有嵌入式系统Flash存储器的布局如图2(a)所示。系统启动时从Flash的首地址开始执行,而bootloader和RTOS都位于code区,也就是bootloader并不独立于内核。将原本与代码区相邻的文件系统区后移,用于存储更新包。这种布局也是很多嵌入式系统所采用的,尤其是许多商业系统。系统在更新过程中根据自更新算法与原有代码区进行比对,烧写到Flash中。这种Flash部署方法有一个致命的缺点,就是没有考虑到更新过程中可能遇到的突发事件。比如,在更新过程中因为不可预料的掉电使得烧写错误,完全可能导致软件更新后系统无法启动,出现这种情况后必须人工重新烧写原有软件。

为了在原有基础上使系统具有高稳定性与扩展性,需要对Flash进行重新布局,如图2(b)所示。将代码区划分为两个区域:bootloader区,这个区域不可被擦写更新;RTOS区域,存放内核及应用程序。将更新包存储区设计为4部分。其中一个用来存储系统启动和更新过程的标识参数,这些数据极为重要,掉电后仍需保存于Flash中。另一个存储区用于存放更新时用到的更新包,称为更新包区。第三个区域存储下载的更新包,称为更新包备份区。最后一个区域存放设备出厂时的软件版本。bootloader固定在第一个分区,这样的设计具有很强的可扩展性,涵盖了更新算法。为了使人机接口更人性化,此区域包括LCD及其控制器的驱动和应用程序,使更新过程对用户可见。系统启动时设置异常向量表,初始化内存、堆栈指针寄存器、I/O器件、系统需求的RAM变量,使能中断,然后根据启动地址和更新标识这两个参数跳转执行相应代码,每次更新都不改变bootloader区域的内容。其中,启动地址指向bootloader要执行的代码,更新标识用于记录更新阶段。2.2 更新进程的设计 系统每次启动后,服务器端主动报告当前有无可更新的软件包。如果客户端响应并发起会话,则随后检查Flash上的更新包备份区,存储下载的更新包,并更新标识。为了增强传输过程的安全性,在应用层设计一套具有校验、确认和断点续传功能的收发协议,以保证数据能够准确地通过移动通信系统传输到客户端。 当更新包下载完毕后,先将更新包由备份区拷贝至更新包区,更新进程根据已经设定的代码区在Flash中的地址,调用Flash的读写函数通过比对算法将更新包写入代码区。更新结束后设置标识,如果由于某种原因没有更新成功则标识位不变,系统复位后继续更新直到更新成功。可参考如下代构:

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