基于DSP的遠程程序更新方法很多，但在燒寫的時候均要求系統(tǒng)不能斷電，否則將造成整個系統(tǒng)軟件崩潰，只能人工通過JTAG口調(diào)試燒寫才能恢復(fù)。如何有效提高系統(tǒng)維護的可靠性成為一個重要的問題。本文創(chuàng)新地提出基于多DSP的程序分片、數(shù)據(jù)分段的高可靠性遠程更新軟件設(shè)計，并列舉了多個增強可靠性的應(yīng)用方法。本文以某型號無線遠程監(jiān)控系統(tǒng)為例，具體描述該設(shè)計的實際應(yīng)用。

1　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

    本系統(tǒng)處理數(shù)據(jù)多，計算量大，又有很強的實時性要求，選用ADI公司的高速處理芯片TigerSharc201s。Flash選用JS28F128，容量為256 Mb。系統(tǒng)設(shè)計采用兩片ADSP并行的模式。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，TS201A為主DSP，TS201B為從DSP。主DSP經(jīng)Flash采用EPROM加載方式，再通過Link口引導(dǎo)加載從DSP。本處理系統(tǒng)支持多種工作模式，監(jiān)控中心通過內(nèi)部協(xié)議遠程管控處理系統(tǒng)。從DSP實現(xiàn)信號處理計算，把處理計算結(jié)果傳遞給主DSP；主DSP實現(xiàn)管控模塊，通過外圍芯片F(xiàn)PGA的串口協(xié)議發(fā)送給無線傳輸設(shè)備，通過CDMA模塊用無線網(wǎng)絡(luò)的形式，發(fā)送到監(jiān)控中心軟件。監(jiān)控中心通過協(xié)議對其可實現(xiàn)遠程管理，包括數(shù)據(jù)庫文件更新、程序更新和狀態(tài)模式轉(zhuǎn)換。

圖1　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2　遠程更新原理及實現(xiàn)

    2.1　設(shè)計原理

    Flash內(nèi)部分為256個block，可以擦寫任意位置的block段，沒有擦寫的block數(shù)據(jù)不會丟失。根據(jù)這一特性，把兩片DSP軟件程序和分段的數(shù)據(jù)庫的燒寫位置分開。Flash空間地址分配如圖2所示。

圖2　Flash空間地址分配示意圖

    監(jiān)控中心按照內(nèi)部協(xié)議把數(shù)據(jù)庫或程序文件分包，通過無線網(wǎng)絡(luò)下發(fā)到以TS201為核心的信號處理機。處理機接收完數(shù)據(jù)后，通過自身的燒寫功能，把新數(shù)據(jù)自動寫入Flash中。重新啟動后，DSP重載實現(xiàn)遠程分片更新程序的功能。程序的初始化設(shè)置中，每次會自動讀回Flash中的數(shù)據(jù)，完成更新數(shù)據(jù)庫參數(shù)的功能。

    為了增加遠程更新的可靠性，把兩片DSP程序分開位置燒寫。由于主DSP只涉及管理控制功能，所以把主DSP程序作為整個系統(tǒng)的“殼”，一般不作更新。用從DSP實現(xiàn)其主要的性能計算，它的加載通過主DSP的Link口引導(dǎo)。這樣，大部分的在線維護和算法程序升級通過更新從DSP就能完成。在更新的過程中，主DSP程序不會受影響，增強了系統(tǒng)的可靠性，也不必擔(dān)心突然掉電會導(dǎo)致系統(tǒng)軟件的崩潰。

    2.2　基于TS201的遠程更新過程

    本系統(tǒng)制定內(nèi)部協(xié)議，實現(xiàn)遠程更新的指令交互。信號處理機接收指令，按照協(xié)議決定遠程更新的內(nèi)容，分為軟件更新或者數(shù)據(jù)庫更新。若為軟件更新再區(qū)分主、從DSP軟件更新；若為數(shù)據(jù)庫更新，根據(jù)數(shù)據(jù)庫信息決定更新的位置和段數(shù)。

    本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫文件為30K×4字節(jié)，分為6段。根據(jù)無線傳輸設(shè)備的發(fā)送能力，把數(shù)據(jù)按照每包198字節(jié)分包，每包包括報頭、總包數(shù)、包號和校驗位等信息，數(shù)據(jù)協(xié)議具體格式如下：

    報頭：SOH；

    報文長度：本包數(shù)據(jù)的長度，包括報頭，固定為198；

    總包數(shù)：此次程序或者數(shù)據(jù)庫文件分成的總包數(shù)；

    包號：本包的編號；

    數(shù)據(jù)：需要更新的數(shù)據(jù)；

    校驗位：占3個字節(jié)，包括1個字節(jié)的奇偶校驗位、2個字節(jié)的CRC校驗位。

    發(fā)送更新文件時，系統(tǒng)采用握手協(xié)議。信號處理機每接收到1包數(shù)據(jù)，將發(fā)回饋信息給監(jiān)控中心，監(jiān)控中心接收到成功回饋信息后，再發(fā)下1包數(shù)據(jù)。否則將進入等待模式，10 s后自動重發(fā)此包數(shù)據(jù)。若連續(xù)重發(fā)3次仍然不成功，才放棄此次更新。信號處理機軟件機制和監(jiān)控中心一樣，發(fā)送回饋后進入等待模式，10 s后自動重新發(fā)送回饋信息，最多重發(fā)3次，才放棄更新，重新回到工作狀態(tài)，直到接收到新的下發(fā)指令。

    信號處理機接收完全部的數(shù)據(jù)包后，還要進行包號核對，確認(rèn)無誤后，用協(xié)議通知監(jiān)控中心即將進入燒寫模式。按照Flash特定的讀寫指令，把RAM中的數(shù)據(jù)由Flash的第20個block起始位置開始寫入。如果是數(shù)據(jù)庫，按照協(xié)議解讀數(shù)據(jù)段號，把燒寫起始位置改為相應(yīng)block的地址。燒寫完成后，將燒寫成功與否的信息回饋給監(jiān)控中心。在不斷電的情況下，系統(tǒng)此時仍然是按照舊的軟件版本運行。系統(tǒng)設(shè)計了遠程的硬重啟，通過指令控制繼電器。繼電器連接電源模塊，實現(xiàn)短暫的斷電功能，從而實現(xiàn)DSP的重新加載，完成程序或者數(shù)據(jù)庫更新。詳細的遠程更新流程如圖3所示。

圖3　遠程更新流程

    2.2.1　FPGA程序?qū)崿F(xiàn)

    FPGA負責(zé)片選串口信號，TS201為高速設(shè)備。為了不頻繁打斷TS201的進程，在FPGA中設(shè)計9個字節(jié)的FIFO。FIFO滿即向TS201發(fā)送IRQ外部中斷信號，通知TS201讀取數(shù)據(jù)，F(xiàn)PGA接收1個讀信號清空FIFO中的1個數(shù)據(jù)。

    2.2.2　TS201中斷程序?qū)崿F(xiàn)

    串口采用中斷的方式接收，具體的ISR部分實現(xiàn)如下：
interrupt(SIGIRQ1, isr_uart2);//設(shè)置串口中斷地址
interrupt(SIGTIMER1LP,TIMER1_ISR);  //設(shè)置定時器中斷地址
void isr_uart2() {
int i;
int buf_uart[9]；
for(i=0;i<9;i++){
buf_uart[i]=*UART_ADD_2;//讀取數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)
buf_uart[i] =buf_uart[i] & 0xff; //避免數(shù)據(jù)線串?dāng)_，只取數(shù)據(jù)線上的低8位
}
……
}

② 定時器程序設(shè)計。TS201有Timer0和Timer1兩個定時器，每個定時器又分為高位和低位兩個寄存器。本系統(tǒng)采用Timer1的低位寄存器做10 s定時。
void TIMER1_ISR( ){
int i,tempp;//關(guān)閉定時器
tempp=__builtin_sysreg_read(__INTCTL);
tempp=tempp & (0xFFFFFFFF ^INTCTL_TMR1RN);
__builtin_sysreg_write(__INTCTL, tempp);
NumberTimer++;
if(NumberTimer==3) { //如果已經(jīng)重發(fā)3次
Variable_Init( );//初始化變量
}
else{
SendCopyData( ); //重發(fā)之前的信息
__builtin_sysreg_write(__TMRIN1H, 0x0); //高位的初始化是必需的
__builtin_sysreg_write(__TMRIN1L, CK10); //配置Timer1低位寄存器，并定時10 s重新開啟定時器
tempp=__builtin_sysreg_read(__INTCTL);
tempp=tempp | INTCTL_TMR1RN;
__builtin_sysreg_write(__INTCTL, tempp);
}
}

    其中，定時器的計數(shù)周期是CCLK/2，所以，CK10=CCLK/2×10；

    2.2.3　Flash程序?qū)崿F(xiàn)

    TS201對于外部設(shè)備Flash的讀寫操作只能通過DMA進行，本系統(tǒng)設(shè)計采用DMA0。其核心代碼如下：

void dma0_ISR( ){
return;
}
void WriteFlash( int Offset, int nValue ){//向Flash的Offset位置寫數(shù)nValue
int temp=nValue;
TCB_temp.DI=&temp;
TCB_temp.DX=0x00010001;
TCB_temp.DY=0;
TCB_temp.DP=0x43000000;
q=__builtin_compose_128((long long)TCB_temp.DI | (long long)TCB_temp.DX﹤﹤32, (long long)(TCB_temp.DY | (long long)TCB_temp.DP﹤﹤32));
__builtin_sysreg_write4(__DCS0, q);
TCB_temp.DI=(int*)(Offset);
TCB_temp.DX=0x00010001;
TCB_temp.DY=0;
TCB_temp.DP=0xc3000000;
q=__builtin_compose_128((long long)TCB_temp.DI | (long long)TCB_temp.DX﹤﹤32, (long long)(TCB_temp.DY | (long long)TCB_temp.DP﹤﹤32));
__builtin_sysreg_write4(__DCD0, q);
asm("nop;;");
asm("nop;;");
}
int ReadFlash( int Offset){ //從Flash的Offset位置讀取數(shù)據(jù)temp并返回
int temp;
TCB_temp.DI=(int*)(Offset);
TCB_temp.DX=0x00010001;
TCB_temp.DY=0;
TCB_temp.DP=0xc3000000;
q=__builtin_compose_128((long long)TCB_temp.DI | (long long)TCB_temp.DX﹤﹤32, (long long)(TCB_temp.DY | (long long)TCB_temp.DP﹤﹤32));
__builtin_sysreg_write4(__DCS0, q);
TCB_temp.DI=&temp;
TCB_temp.DX=0x00010001;
TCB_temp.DY=0;
TCB_temp.DP=0x43000000;
q=__builtin_compose_128((long long)TCB_temp.DI | (long long)TCB_temp.DX﹤﹤32, (long long)(TCB_temp.DY | (long long)TCB_temp.DP﹤﹤32));
__builtin_sysreg_write4(__DCD0, q);
asm("nop;;");
asm("nop;;");
return temp;
}

    2.3　可靠性設(shè)計

    主DSP是采用Eprom加載，必須從Flash的0x00地址開始；從DSP的程序位置放在Flash的第20個block段；數(shù)據(jù)庫信息位置放在第50個block段。為了增加遠程更新的可靠性，采用了以下方法：

    ① 把大量的數(shù)據(jù)分包，每1小包添加報頭和校驗位。信號處理機和監(jiān)控中心采用握手的方式，信號處理機每接收到1小包的數(shù)據(jù)即進行校驗，并回饋信息給監(jiān)控中心，監(jiān)控中心根據(jù)接收的信息判斷是繼續(xù)發(fā)送下1包還是重發(fā)本包。

    ② 奇偶校驗和CRC校驗相結(jié)合。單一的奇偶校驗出錯的概率還是很高的，本系統(tǒng)在奇偶校驗的基礎(chǔ)上，又加上了CRC校驗，增強數(shù)據(jù)的可靠性。

    ③ 網(wǎng)絡(luò)堵塞、斷開或者串口的誤碼都會造成數(shù)據(jù)錯誤，而造成更新不成功，為了節(jié)省資源和增加更新的成功率，設(shè)計軟件支持?jǐn)帱c續(xù)傳。信號處理機軟件在接收數(shù)據(jù)包的過程中，如果遇到突發(fā)情況，只要在不斷電的情況下，軟件將自動保存所有已經(jīng)接收完成的數(shù)據(jù)包，當(dāng)重新接收遠程更新命令時，通過協(xié)議要求中心軟件發(fā)送的數(shù)據(jù)包號，實現(xiàn)斷點續(xù)傳。當(dāng)然，協(xié)議中制定了監(jiān)控中心可以停止遠程更新，要求信號處理機重新開始新一次的遠程更新。

    ④ 數(shù)據(jù)庫分段，讓更新時數(shù)據(jù)庫文件大小可調(diào)整，每次只更新需要的部分，盡量節(jié)省資源。全部的數(shù)據(jù)庫信息比較大，往往只需要更新其中的部分或者小部分，所以根據(jù)內(nèi)容和經(jīng)驗，本系統(tǒng)把數(shù)據(jù)庫分為了6段，分別把6段數(shù)據(jù)文件放在Flash的6個block中，這樣遠程更新就更具靈活性，遠程傳送的數(shù)據(jù)量也得到了控制，增強了遠程更新成功的可靠性。

    ⑤ 從DSP用Link口加載，可以實現(xiàn)可靠的多次更新。即使更新過程中遇到突發(fā)情況導(dǎo)致更新不成功，主DSP仍然工作正常，可以再次接收更新指令，重新更新從DSP，直至更新成功。

    2.4　測試和結(jié)果

    本系統(tǒng)設(shè)計的遠程更新包括兩個類型：數(shù)據(jù)庫和程序。更新文件大小均可改變。對于數(shù)據(jù)庫文件測試，從1包到800包均進行了大量的測試。結(jié)果顯示，在網(wǎng)絡(luò)正常的情況下，基本均能更新成功；在網(wǎng)絡(luò)繁忙的時段，500包以下的數(shù)據(jù)文件，更新成功率大于95%，500包以上的更新成功率也大于90%。測試結(jié)果顯示此遠程更新的設(shè)計能滿足實際應(yīng)用的需求。

結(jié)論

    本文詳細地描述了遠程更新嵌入式軟件和數(shù)據(jù)庫的方法，提出了程序分片更新、數(shù)據(jù)庫部分更新的新方法。有一點需要注意，在主片程序更新過程中，還是有不能斷電的要求。所以設(shè)計時，把需要在線維護和程序升級的軟件部分放在從DSP，在實際應(yīng)用中主要進行從DSP的更新。這樣，整個嵌入式系統(tǒng)的遠程更新功能的可靠性得到了很大的提高。

    此應(yīng)用設(shè)計已經(jīng)成功應(yīng)用在某型號研制的設(shè)計中，在實際的測試和應(yīng)用試驗中，遠程的數(shù)據(jù)庫更新和程序更新成功率均達到90%以上，完全滿足應(yīng)用需求。

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本文標(biāo)題：TS201的嵌入式系統(tǒng)軟件遠程更新方法

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