面向照明終端芯片程序的無線遠程升級研究與應(yīng)用

馮士良+唐熠群+陳岳軍

摘要：照明終端現(xiàn)場逐個更換程序芯片或固化編程的傳統(tǒng)升級方法需花費大量物力、人力及財力。針對照明終端芯片程序升級中存在的問題，提出一種無線遠程升級方法。基于GPRS網(wǎng)絡(luò)socket通信，將升級程序分包傳輸，然后照明終端通過校驗數(shù)據(jù)和自身更新程序，同時考慮通訊故障和終端斷電的異常處理措施，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咝砸约敖K端升級程序正確性。應(yīng)用實踐表明，所提出的方法具有升級效率高、升級速度快和安全高等特點，非常適用于照明終端設(shè)備多、環(huán)境復(fù)雜的城市照明監(jiān)控系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：遠程升級；芯片程序；照明終端；數(shù)據(jù)傳輸

中圖分類號： TP319

文獻標識碼： A

文章編號： 16727800（2017）004017103

0引言 由于軟件設(shè)計考慮不全面或程序功能不夠完善，在軟件發(fā)布后，往往通過對程序bug進行修改或加入新功能的方式完成升級。終端設(shè)備的軟件升級已經(jīng)在電信、電力、電視和微電子等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。郭喆[1]分析了EPON系統(tǒng)中OLT對其下屬全部在線ONU實現(xiàn)軟件升級功能，并在此基礎(chǔ)上提出了ONU側(cè)軟件升級方法。王偉紅和周淦林[2]提出了基于GPRS通信的電力終端軟件升級方法。陳迅山[3]在雙向有線數(shù)字電視網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)了數(shù)字電視接收終端軟件遠程升級系統(tǒng)，并能兼容單向有線數(shù)字電視網(wǎng)絡(luò)。林國漢和石自輝[4]針對電力監(jiān)控終端設(shè)備軟件升級需要，討論了電力終端軟件升級方法，提出了基于ARM芯片的GPRS網(wǎng)絡(luò)的無線遠程IAP系統(tǒng)。林志雄等[5]提出了一種基于3G無線網(wǎng)絡(luò)的軟件在線升級方法。目前，照明終端芯片程序升級的傳統(tǒng)方法是維修人員到達安裝現(xiàn)場，用隨身攜帶的移動設(shè)備對監(jiān)控終端進行程序升級或更換程序芯片，當終端數(shù)量較多并且安裝地點分布廣泛時，存在升級過程復(fù)雜、人力成本高、時間長等問題。為解決現(xiàn)場升級面臨的各種問題，本文基于C/S架構(gòu)的軟件升級[6]模式，提出一種新的照明終端芯片程序無線遠程升級方法，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咝砸约敖K端升級程序的準確性，提高了客戶滿意，提升了資源利用率。1無線升級相關(guān)技術(shù)1.1升級方式 為了保證下載升級程序的完整性，可分為增量升級和完全升級2種方式。增量升級方式即將比較新、舊版本終端程序，將不同部分形成升級文件，并將該升級文件通過GPRS無線網(wǎng)絡(luò)下載到照明終端；完全升級方式即將新版軟件通過GPRS無線網(wǎng)絡(luò)完全下載到照明終端。完全升級方式不用考慮現(xiàn)場終端升級程序的版本問題，其優(yōu)點是可以對多個終端同時升級，此方式的缺點是升級耗時較長。若新舊版本照明終端程序差異較小，推薦使用增量升級方式，這樣升級快，但此方式不能對不同程序版本終端進行同時升級。1.2校驗機制 升級程序文件一般為.HEX或.BIN文件格式，它可以是完整的照明終端程序文件，也可以是比較后生成的增量文件。無論是何種方式，升級程序文件如果超過100KB，則需要將升級文件分包下載到終端。因此，照明終端不但要校驗每幀數(shù)據(jù)的有效性，而且還要保證升級后數(shù)據(jù)的正確性。2照明終端芯片程序無線遠程升級方法2.1升級系統(tǒng)軟件設(shè)計框架 本文采用OSI模型設(shè)計系統(tǒng)，以模塊化、標準化實現(xiàn)各子系統(tǒng)功能，通過Web服務(wù)的方式為各種公共應(yīng)用提供接口。系統(tǒng)可劃分為3個部分：應(yīng)用層、通信層和照明終端物理層，如圖1所示。系統(tǒng)應(yīng)用層主要為設(shè)備管理、參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)處理和報表統(tǒng)計等功能模塊；通信層負責為前臺機和系統(tǒng)提供通信網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，包括協(xié)議轉(zhuǎn)換以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)龋徽彰鹘K端設(shè)備層主要負責數(shù)據(jù)收發(fā)、數(shù)據(jù)校驗、軟件升級處理和升級結(jié)果上報。

2.2升級程序數(shù)據(jù)包格式 為了保證升級過程快速高效，首先對原始的升級程序源碼（HEX文件或BIN文件）進行分包，并加入相應(yīng)的地址符、控制符、數(shù)據(jù)包號、校驗碼等組成應(yīng)用層數(shù)據(jù)幀。具體數(shù)據(jù)包格式如表1所示。

SOI：幀，幀頭里面包含標示、起始字符、幀長、控制域、地址域。 SEQ：幀序列域，用于描述幀與幀之間傳輸序列的變化規(guī)則。 INFO：數(shù)據(jù)內(nèi)容，系統(tǒng)向照明終端設(shè)備下發(fā)的具體數(shù)據(jù)。 CRC：幀檢驗碼，通過CRC校驗來保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏蚀_性和完整性，其中每個數(shù)據(jù)包都有一個CRC校驗。此外，整個升級程序數(shù)據(jù)還有一個總CRC校驗。3系統(tǒng)流程及應(yīng)用3.1程序升級流程 程序升級流程如圖2所示。

（1）建立升級會話：通過socket通信，客戶端軟件對需要升級的照明終端設(shè)備發(fā)送升級會話請求，收到照明終端設(shè)備應(yīng)答，表明升級會話建立成功。 （2）請求路燈終端設(shè)備升級信息：升級會話建立成功，客戶端軟件請求終端設(shè)備的升級版本信息。 （3）設(shè)置分割包屬性：客戶端軟件根據(jù)設(shè)備返回的版本信息設(shè)置分割包的屬性，并按數(shù)據(jù)包格式對相應(yīng)的升級程序進行分包。 （4）發(fā)送升級程序數(shù)據(jù)：完成步驟（1）～（3）后，客戶端軟件將升級程序數(shù)據(jù)分包逐一發(fā)給照明終端設(shè)備，在客戶端軟件下發(fā)升級數(shù)據(jù)包過程中，照明終端只需要單向接受、驗證數(shù)據(jù)包及包號，并保存有效數(shù)據(jù)包和無效數(shù)據(jù)包的塊信息，而不需要向客戶端返回其它信息。 （5）請求升級分割包信息：當系統(tǒng)客戶端軟件下發(fā)最后一個數(shù)據(jù)包后，客戶端軟件向照明終端請求升級包信息，照明終端設(shè)備向客戶端軟件返回校驗出錯的數(shù)據(jù)包以及未收到的數(shù)據(jù)包號等信息，客戶端軟件會根據(jù)這些校驗信息進行數(shù)據(jù)包補發(fā)。 （6）當客戶端軟件確定照明終端設(shè)備已經(jīng)收到完整、正確的升級程序數(shù)據(jù)后，客戶端軟件會請求關(guān)閉升級會話。尋找終端設(shè)備對升級程序數(shù)據(jù)包進行還原，并在照明終端空閑時自行執(zhí)行軟件升級并保留原設(shè)置參數(shù)。若軟件更新成功，照明終端設(shè)備會自動重啟新版本軟件；若軟件升級失敗，終端會恢復(fù)上次正常運行版本。3.2無線遠程升級方法在照明終端芯片程序中的應(yīng)用 本文方法已在盛同公司W(wǎng)J3006終端產(chǎn)品的無線遠程升級測試中得到了應(yīng)用，效果良好。實驗結(jié)果如表2所示。

升級程序包數(shù)：升級程序的總包數(shù)，使用128包作為測試數(shù)據(jù)，分別代表升級程序總大小為64K； 實際發(fā)送包數(shù)：因為存在發(fā)送的包未被正常接收，而需要補包的情況，所以在升級成功的情況下，實際發(fā)送的包數(shù)要大于或等于升級程序包數(shù)； 失敗包數(shù)：未被正常接收、驗證、存儲的數(shù)據(jù)包數(shù)，升級成功情況下，該數(shù)據(jù)等于實際發(fā)送包數(shù)減去升級程序包數(shù)； 每幀發(fā)包數(shù)：每幀下發(fā)給終端的分割包數(shù)； 包成功率：最終被成功接收的包除以實際發(fā)送的包數(shù)，成功升級情況下，實際接收的包數(shù)等于升級程序包數(shù)； 發(fā)送間隔：以毫秒為單位，代表兩個下發(fā)升級程序包之間的間隔等待時間； 每臺用時：代表本次升級從下發(fā)升級準備指令開始到查詢包全部接收成功用時。 綜上所述，就當前設(shè)計而言，升級程序的最佳參數(shù)如表3所示，應(yīng)為發(fā)送間隔500″，每次發(fā)送一包，每包512字節(jié)。以64k大小程序為例，數(shù)據(jù)分為128包，單個終端升級時間再1′10″左右，包成功率在98.5%以上，3組數(shù)據(jù)中最多丟包2包，都補包一次即完成升級。

4結(jié)語 與傳統(tǒng)路燈終端設(shè)備程序升級方法相比，本文提出的方法具有如下特點：①客戶端可以對多個照明設(shè)備進行升級，提高升級效率；②由于照明終端自行判斷升級結(jié)果，客戶端不需要對軟件升級結(jié)果進行監(jiān)控；③照明終端軟件升級靈活性強，照明終端可在閑時升級新程序，而在忙時暫緩軟件升級。本文所提方法采用無應(yīng)答機制、CRC校驗和socket通信技術(shù)，通過公共GPRS通信網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)對路燈終端設(shè)備軟件程序進行無線遠程升級，解決了現(xiàn)有逐個更換程序芯片或現(xiàn)場固化編程的弊端。目前，該路燈終端設(shè)備已在嘉興、武進路燈系統(tǒng)中試商用。實驗結(jié)果表明，本文所提出的方法具有升級效率高、升級速度快和安全性高的特點，非常適用于照明終端設(shè)備多、所處環(huán)境復(fù)雜的城市照明監(jiān)控系統(tǒng)。

參考文獻：

[1] 郭喆.EPON中ONU軟件升級技術(shù)的研究與設(shè)計[J].光通信技術(shù)，2011：（2）：1315.

[2]王偉紅，周淦林.電能信息采集系統(tǒng)終端軟件遠程升級方案的設(shè)計與實現(xiàn)[J].儀器儀表標準化與計量，2010（6）：4043.

[3]陳迅山.數(shù)字電視接收終端軟件遠程升級系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用[D].廣州：華南理工大學，2012年.

[4]林國漢，石自輝.基于ARM和GPRS的無線遠程IAP的研究與實現(xiàn)[J].工業(yè)控制計算機，2009（5）：4648.

[5]林志雄，鄢萍，賀曉輝.面向嵌入式無線信息終端的在線升級方法[J].計算機應(yīng)用，2010（7）：17251727.

[6]賀廣新.c_s模式下客戶端軟件自動升級的設(shè)計與實現(xiàn)[D].西安：西安電子科技大學，2013年.

（責任編輯：陳福時）