[发明专利]嵌入式系统中一种在线升级程序的方法

说明书

技术领域

本发明涉及嵌入式系统及电力线通信领域，尤其适用电力线通信模块的软件在线升级。

背景技术

在各种嵌入式系统中，常常用一块非易失性存储器(常见的是flash)作为程序(或称软件)的存储空间。由于版本升级(修订错误、增加功能等)，这部分程序难免要在线升级。程序一般可分成两部分：应用功能区(本文中简称APP区)、系统启动及更新功能区(简称ROOT)区。

升级过程中不可避免会遇到意外而中断，比如掉电、通信中断等。这种情况处理不当会导致系统功能缺失甚至崩溃，后果严重。比如，电力线通信模块会用在智能电网的监控网络中，一旦因升级失败而导致功能丧失，会导致电力系统故障乃至瘫痪。

对于APP的升级，如果中途断掉，可以重新来过而不会有太大影响；对ROOT的升级，需要保证中途断掉的情况下系统依然能够运行。所以要保证ROOT的升级的健壮性，同时尽可能减少对ROOT的擦写时间。之所以要减少ROOT的擦写，是因为这段时间内系统不会对外界有响应，很可能错过一些重要的事件。这对运行中的系统，比如智能电网，是有风险的。

常见的一种做法是，采用一个主ROOT区和一个备份ROOT区，每次升级要先后对二者都进行一次操作。本文的方法目的是保证健壮性的同时，进一步减少ROOT的操作。

发明内容

为了尽量减少ROOT升级过程中对系统的影响，本文提出一种方法：采用两块对等的ROOT区，乒乓操作和使用。

具体方法是：

程序空间划分为一个APP区，两个ROOT区。APP的升级采用常见方法即可。ROOT的升级使用采用乒乓方式。请参照图1，步骤是：(1)原初程序使用第一个ROOT(此处简称ROOT0)，另一个(简称ROOT1)空闲；(2)第一次升级ROOT时，ROOT0不变，更新ROOT1直至成功；(3)系统使用ROOT1和APP运行；(4)第二次升级ROOT时，ROOT1不变，更新ROOT0直至成功；(5)系统使用ROOT0和APP运行；(6)此后如果再升级ROOT，类同(2)～(5)步，如此反复。

由于ROOT区一般比较精简，而现在非易失性存储器(比如NOR flash)一般容量比较大，所以多用一块ROOT区造成的空间占用比较小。而它所带来的有益效果是：(1)始终保证至少有一块ROOT是可用的，保证了系统的健壮性。(2)每次升级ROOT只需对一个ROOT进行擦写，最大程度缩短了系统对外不响应的时间；而常见的办法是一个主区一个备份区，每次升级都要对二者进行擦写，相比之下时间较长，操作较复杂，出错的概率较大。

这里的简称“ROOT区”泛指一般嵌入式系统中包含系统启动及更新的代码，系统上电时从这里启动。

附图说明

图1为每次升级ROOT时程序空间状态转换；

图2为案例中程序正常运行时函数调用的中继过程；

图3为案例中升级ROOT时的操作流程。

具体实施方式

前期准备：由于是在两个ROOT中选择一个使用，那么需要保证在函数调用时能够正确命中目前所用的ROOT。这里函数调用分为三类——APP之内、ROOT之内、APP与ROOT之间。前两种不需额外考虑，第三种可以在调用与返回之间使用中继函数，使程序的跳转地址可以正确命中所要用的ROOT。如图2的程序划分，系统上电后第一组跳转指令会从ROOT的两个基地址中选择有效的那个地址，依据此地址跳转到该ROOT。两个基地址root0_base和root1_base就存放于跳转指令的后半部分，而紧接其后的是调用的中继函数call_relay()和返回的中继函数ret_relay()。当运行程序在APP与某ROOT之间调用时，会经过这两个函数进行跳转地址的计算，计算中将依据rootX_base得到正确的跳转地址从而命中所用ROOT。图中箭头线表示的是从APP调用ROOT再返回的过程；从ROOT调用APP的过程可依此类推。

更新某个ROOT的流程请参照图3。以运行ROOT0而更新ROOT1为例。正常运行中会遇到更新需求，于是启动对ROOT1的更新。如遇意外而重启，则虽然ROOT1更新不成功但仍可从ROOT0运行；以后远程会继续要求在线更新直至完成。ROOT1刷新后，会在上电跳转区的root1_base中设置成功更新的标志，然后把root0_base的标志置为无效。由于最后这一阶段是先置root1_base有效再置root0_base无效，那么即使这期间发生意外断电，二者至少会有一个是有效的，从而保证重启后仍能正常运行。

以上实施方式及实施案例仅是对发明进行说明，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明思想范围之外的各种改进也视为本发明的保护范围。