袁彥

（中國電子科技集團公司第三研究所，北京 100015）

基于DSP的遠程程序更新方法很多［1－2］，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口調試燒寫才能恢復。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計，并列舉了多個增強可靠性的應用方法。本文以某型號無線遠程監(jiān)控系統(tǒng)為例，具體描述該設計的實際應用。

1 系統(tǒng)結構

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256Mb。系統(tǒng)設計采用兩片ADSP并行的模式。系統(tǒng)結構如圖1所示，TS201－A為主DSP，TS201－B為從 DSP。主 DSP經(jīng)Flash采用EPROM加載方式，再通過Link口引導加載從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)送給無線傳輸設備，通過CDMA模塊用無線網(wǎng)絡的形式，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)模式轉換。

2 遠程更新原理及實現(xiàn)

2.1 設計原理

Flash內部分為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。

監(jiān)控中心按照內部協(xié)議把數(shù)據(jù)庫或程序文件分包，通過無線網(wǎng)絡下發(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。

圖1 系統(tǒng)結構

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。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，也不必擔心突然掉電會導致系統(tǒng)軟件的崩潰。

圖2 Flash空間地址分配示意圖

2.2 基于TS201的遠程更新過程

本系統(tǒng)制定內部協(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 報文長度 總包數(shù) 包號 數(shù)據(jù) 校驗位

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，10s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，10s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程序實現(xiàn)

FPGA負責片選串口信號，TS201為高速設備。為了不頻繁打斷TS201的進程，在FPGA中設計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中斷程序實現(xiàn)

串口采用中斷的方式接收，具體的ISR部分實現(xiàn)如下：

②定時器程序設計。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10s定時。

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

2.2.3 Flash程序實現(xiàn)

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

2.3 可靠性設計

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)在奇偶校驗的基礎上，又加上了CRC校驗，增強數(shù)據(jù)的可靠性。

③網(wǎng)絡堵塞、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，設計軟件支持斷點續(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 測試和結果

本系統(tǒng)設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。結果顯示，在網(wǎng)絡正常的情況下，基本均能更新成功；在網(wǎng)絡繁忙的時段，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%。測試結果顯示此遠程更新的設計能滿足實際應用的需求。

結 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。

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

［1］沈軍，繆玲娟，張高安.基于串行通信的DSP程序遠程更新［J］.微計算機信息，2010，26（3－2）.

［2］陳林，林金朝.一種基于嵌入式系統(tǒng)的遠程程序更新機制［J］.微計算機信息，2007，23（9－2）.

［3］劉書明，羅勇江.ADSP TS20XS系列DSP原理與應用設計［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2007.

［4］ADI.ADSP－TS20xBoot Loader Kernels Operation Rev 1，2004.