李聰

摘要：為了解決柱塞壓力計(jì)系統(tǒng)中井下壓力計(jì)長(zhǎng)期工作在氣井中，現(xiàn)場(chǎng)更新程序困難的問(wèn)題，柱塞壓力計(jì)系統(tǒng)增加了井下壓力計(jì)程序無(wú)線更新的功能。本文根據(jù)井下壓力計(jì)自身的硬件特點(diǎn)，提出了一種簡(jiǎn)單實(shí)用的實(shí)現(xiàn)程序無(wú)線更新的方案。并對(duì)柱塞壓力計(jì)系統(tǒng)、井下壓力計(jì)無(wú)線通訊流程、程序更新流程做了詳細(xì)闡述。采用了CRC校驗(yàn)保證更新程序數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

關(guān)鍵詞：井下壓力計(jì)；無(wú)線更新；CRC校驗(yàn)

1.引言

柱塞壓力計(jì)系統(tǒng)由地面控制儀、井下壓力計(jì)和上位機(jī)軟件組成，如圖1所示。地面控制儀通過(guò)無(wú)線通訊模塊與井下壓力計(jì)進(jìn)行無(wú)線通訊，通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)與上位機(jī)之間進(jìn)行遠(yuǎn)程通訊。由于有時(shí)需要對(duì)井下壓力計(jì)程序進(jìn)行修改完善，則需要對(duì)井下壓力計(jì)進(jìn)行程序更新，目前常用的程序更新方式是有線更新方式。通過(guò)AVR-USBASP程序下載器將上位機(jī)和井下壓力計(jì)的AVR單片機(jī)進(jìn)行有線連接，然后通過(guò)程序燒寫(xiě)軟件對(duì)AVR單片機(jī)進(jìn)行程序更新。

井下壓力計(jì)長(zhǎng)期工作在氣井中，若采用有線更新程序方式，需要人員到現(xiàn)場(chǎng)將井下壓力計(jì)從氣井中取出并拆開(kāi)，取出電路板組件，進(jìn)行有線更新，這種方式需要耗費(fèi)大量的人力物力，且影響氣井的產(chǎn)出，給用戶造成損失。由于井下壓力計(jì)具有無(wú)線通訊功能，為井下壓力計(jì)添加程序無(wú)線更新的功能提供了保證。

2.無(wú)線更新的實(shí)現(xiàn)

2.1無(wú)線更新實(shí)現(xiàn)流程

AVR單片機(jī)內(nèi)部可編程Flash存儲(chǔ)區(qū)分為Application Flash Section（應(yīng)用程序區(qū)）和Boot Loader Section（引導(dǎo)程序區(qū)）[1]。編寫(xiě)兩個(gè)AVR程序，引導(dǎo)程序和應(yīng)用程序，在生產(chǎn)時(shí)，用AVR-USBASP程序下載器分別寫(xiě)入引導(dǎo)程序和應(yīng)用程序。在使用過(guò)程中若需要對(duì)應(yīng)用程序進(jìn)行更新，則直接采用無(wú)線更新的方式。

引導(dǎo)程序?qū)崿F(xiàn)的功能為：?jiǎn)纹瑱C(jī)上電或復(fù)位后，若需要更新，則進(jìn)行程序更新，更新完畢后，通過(guò)跳轉(zhuǎn)指令跳轉(zhuǎn)到應(yīng)用程序區(qū)的起始位置運(yùn)行應(yīng)用程序；若不需要更新，則通過(guò)跳轉(zhuǎn)指令直接跳轉(zhuǎn)到應(yīng)用程序區(qū)的起始位置運(yùn)行應(yīng)用程序。應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)的功能為：采集溫度壓力數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)，與計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行有線通訊，與地面控制儀進(jìn)行無(wú)線通訊，接收更新程序數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)，接收完更新數(shù)據(jù)后使能看門(mén)狗復(fù)位，進(jìn)入引導(dǎo)程序。

井下壓力計(jì)無(wú)線更新實(shí)現(xiàn)的程序流程圖如圖2所示。引導(dǎo)程序和應(yīng)用程序中均設(shè)置一個(gè)程序更新標(biāo)志Update_flag存儲(chǔ)于單片機(jī)內(nèi)部EEPROM存儲(chǔ)器（EEPROM存儲(chǔ)器具有掉電（或復(fù)位）后數(shù)據(jù)不丟失的特點(diǎn)）中，在兩個(gè)程序中的存儲(chǔ)地址一致。工作流程為：儀器上電后，運(yùn)行引導(dǎo)程序，從EEPROM中讀出程序更新標(biāo)志Update_flag，若Update_flag為1則更新程序，若不為1，則執(zhí)行跳轉(zhuǎn)指令跳出引導(dǎo)程序，執(zhí)行應(yīng)用程序。當(dāng)井下壓力計(jì)接收到來(lái)自地面控制儀的更新程序后，進(jìn)行校驗(yàn)。確定接收完更新程序數(shù)據(jù)且更新數(shù)據(jù)準(zhǔn)確后，將程序更新標(biāo)志Update_flag置1，寫(xiě)入EEPROM，并啟動(dòng)看門(mén)狗定時(shí)器，看門(mén)狗定時(shí)器定時(shí)完畢后立即復(fù)位單片機(jī)，重新運(yùn)行引導(dǎo)程序。程序更新標(biāo)志Update_flag為1，則對(duì)應(yīng)用程序區(qū)進(jìn)行更新，更新完成后，Update_flag置0并寫(xiě)入EEPROM。執(zhí)行跳轉(zhuǎn)指令跳轉(zhuǎn)到應(yīng)用程序區(qū)的起始位置執(zhí)行新的應(yīng)用程序。

2.2更新程序數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)方案

本部分提出了更新程序數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)方方案。根據(jù)井下壓力計(jì)自身具有外置獨(dú)立的Flash存儲(chǔ)器的特點(diǎn)，先將接收到的更新數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到Flash存儲(chǔ)器中，更新數(shù)據(jù)接收完成后，再進(jìn)行更新。需要注意的是，不能一邊接收更新數(shù)據(jù)一邊進(jìn)行更新，因?yàn)檫@樣會(huì)破壞原有應(yīng)用程序，導(dǎo)致井下壓力計(jì)和地面控制儀之間的通訊中斷，無(wú)法完成更新，導(dǎo)致程序混亂，使井下壓力計(jì)無(wú)法正常工作。工作流程為：井下壓力計(jì)接收到的更新程序數(shù)據(jù)通過(guò)SPI接口存儲(chǔ)到FLASH存儲(chǔ)器中，接收完成后，啟動(dòng)看門(mén)狗復(fù)位，進(jìn)入引導(dǎo)程序，引導(dǎo)程序通過(guò)SPI接口將更新數(shù)據(jù)從Flash存儲(chǔ)器中讀出來(lái)，再寫(xiě)入單片機(jī)內(nèi)部可編程Flash存儲(chǔ)器的應(yīng)用程序區(qū)，程序更新完成后，通過(guò)跳轉(zhuǎn)指令跳轉(zhuǎn)到應(yīng)用程序區(qū)的起始位置，開(kāi)始執(zhí)行新程序。在此過(guò)程中，更新數(shù)據(jù)流向如圖3所示。

2.3更新數(shù)據(jù)正確性的保證

為了確保更新程序數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中沒(méi)有發(fā)生改變，使用CRC校驗(yàn)算法來(lái)驗(yàn)證地面控制儀發(fā)送的更新程序數(shù)據(jù)與井下壓力計(jì)接收到的更新程序數(shù)據(jù)的一致性。

CRC校驗(yàn)是一種數(shù)據(jù)傳輸檢錯(cuò)功能，讀數(shù)據(jù)進(jìn)行多項(xiàng)式計(jì)算，并將得到的計(jì)算結(jié)果附在每幀數(shù)據(jù)的后面，接收設(shè)備也執(zhí)行類似的算法，以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和完整性[2]。相比常用的累加和校驗(yàn)，CRC大大降低了校驗(yàn)出錯(cuò)的概率，提高了更新成功的幾率。

結(jié)語(yǔ)

通過(guò)多次更新測(cè)試表明，此方案可以成功的實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序的更新。根據(jù)對(duì)多次更新所耗時(shí)間的統(tǒng)計(jì)，井下壓力計(jì)從程序開(kāi)始更新到程序更新結(jié)束，所耗時(shí)在5秒鐘左右，更新速度滿足實(shí)際需求。經(jīng)驗(yàn)證，運(yùn)用此方案能穩(wěn)定可靠的實(shí)現(xiàn)程序更新，滿足使用需求。

參考文獻(xiàn)

[1]《加密與解密（第二版）》[M].鍛鋼.北京：電子工業(yè)出版社，2004.5

（作者單位：貴州航天凱山石油儀器有限公司）