李淑娟 鄭昌濤

摘 要：嵌入式軟件在線升級是指不重啟計算機而完成的軟件升級工作，文中通過儀表的SD卡更新嵌入式軟件，不需要拆裝儀表，由于軟件本身不包含可擦寫的FLASH代碼，不影響燒錄過程，具備較高的可靠性和安全性。

關(guān)鍵詞：SD卡;嵌入式;在線升級;計算機;軟件;FLASH代碼

中圖分類號：TP274文獻標識碼：A文章編號：2095-1302（2019）03-0-02

0 引 言

隨著電子通信技術(shù)、計算機技術(shù)的迅速發(fā)展，嵌入式產(chǎn)品被廣泛應用到醫(yī)療、工控、辦公、商用等各個領(lǐng)域。新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)及對系統(tǒng)性能規(guī)模的不斷提高，要求開發(fā)者為應對各種需求及時對智能儀器儀表系統(tǒng)進行維護或升級，以延長系統(tǒng)的使用周期。嵌入式軟件是智能儀器儀表的軟件主體，隨著智能儀表的多功能化，通過升級嵌入式軟件改進或增加功能變得普遍，升級嵌入式軟件就必須對存儲嵌入式軟件的FLASH進行擦除，再重新寫入新的軟件[1-3]。

1 嵌入式軟件的特點及關(guān)鍵技術(shù)

嵌入式軟件即嵌入在硬件中的操作系統(tǒng)和開發(fā)工具軟件，嵌入式軟件廣泛應用于國防、工控、家用、醫(yī)療等領(lǐng)域，如我們常見的移動電話、數(shù)碼相機、機頂盒等都是嵌入式軟件對傳統(tǒng)產(chǎn)品進行智能化改造的結(jié)果。嵌入式軟件可分為嵌入式操作系統(tǒng)、嵌入式支撐軟件及嵌入式應用軟件，其具有獨特的實用性、靈活的適用性等特點。嵌入式軟件與嵌入式硬件資源關(guān)系密切，涉及相應的關(guān)鍵技術(shù)也較多，主要包括數(shù)字電路、微控制器及傳感器燈硬件技術(shù)，還包含Canvas繪圖功能、HTML5、移動定位等軟件技術(shù)?？傮w而言，嵌入式軟件可與智能終端、傳感器、數(shù)據(jù)相結(jié)合，利用嵌入式軟件處理視頻、音頻、文字等相關(guān)內(nèi)容，為各領(lǐng)域的信息化服務提供支撐，實現(xiàn)其強大的數(shù)據(jù)共享等服務功能[4]。

2 嵌入式軟件在線升級技術(shù)的系統(tǒng)構(gòu)架

嵌入式軟件在線升級是指不重啟硬件設備而完成的軟件升級。嵌入式軟件在線升級是提高系統(tǒng)可靠性的有效途徑，有利于維持嵌入式系統(tǒng)平臺的穩(wěn)定性。本文研究的重點是提供一種無需拆裝儀表，不需要特殊工具和軟件，通過儀表的SD卡更新嵌入式軟件的在線嵌入式軟件升級技術(shù)。所述的微處理器采用STM32F429BIT6芯片，RAM使用IS42S16160C-7TLI的SDRAM存儲器，F(xiàn)LASH使用STM32F429BIT6集成的具有IAP功能的FLASH存儲器，SD控制器使用STM32F429BIT6集成的SD控制器模塊，SD卡接口為標準的SD卡連接器，SD卡為標準的SD卡[5-6]。嵌入式軟件在線升級技術(shù)的系統(tǒng)框圖如圖1所示。

該系統(tǒng)包括集成CPU，F(xiàn)LASH，SD卡控制器的微處理器，SDRAM存儲器，SD卡連接器及SD卡。微處理器與SDRAM通過并行總線連接，與SD卡通過SD卡連接器連接，并使用內(nèi)部的SD控制器進行通信。

在更新嵌入式軟件時，裝置上啟動更新，更新程序從SD卡中讀取引導程序和新程序文件到SDRAM中，CPU跳轉(zhuǎn)執(zhí)行SDRAM中的引導程序，引導程序包含了擦除FLASH和寫入FLASH的代碼，通過這種方式，擦除FLASH和寫入FLASH的代碼不會出現(xiàn)在正常運行的嵌入式軟件中，可避免因程序跑飛引起誤擦除或誤寫入的情況，然后引導程序會將新程序文件寫入到FLASH中，新程序文件寫入完成后，儀表將運行更新后的嵌入式軟件，嵌入式軟件更新完成[7-8]。

3 SD卡的系統(tǒng)軟件設計

3.1 SD卡的底層驅(qū)動程序設計

SD卡（Secure Digital Memory Card，SD）是一種基于半導體快閃記憶器的新記憶設備，由于在體積、重量、傳輸速率、穩(wěn)定性、價格等方面有眾多優(yōu)勢，因此被廣泛地用于便攜式裝置上，如多媒體播放器、數(shù)碼相機及AV器材等。SD卡技術(shù)是基于FLASH的存儲卡，通過接口界面與驅(qū)動器相連，不需要外接電源來維持記憶信息;同時也是一體化的固態(tài)介質(zhì)，功能穩(wěn)定，不會造成機械性損壞[9]。

SD卡驅(qū)動程序的主要步驟為SD卡的初始化，向SD卡發(fā)送命令函數(shù)，獲得響應的接口函數(shù)。SD卡的初始化是指用戶應用程序以文件的形式訪問和讀取SD卡上的數(shù)據(jù);SD卡本身只是一種數(shù)據(jù)介質(zhì)，不包含文件系統(tǒng)，因此要想以文件系統(tǒng)的形式訪問SD卡，必須先驅(qū)動SD卡，通過調(diào)用SD卡物理層的有關(guān)函數(shù)來實現(xiàn)驅(qū)動。驅(qū)動SD卡主要實現(xiàn)扇區(qū)的讀寫、獲取SD卡的相關(guān)配置信息等。SD卡的讀寫操作都是基于命令的，通過向SD卡發(fā)送相應的命令，獲得相應的接口函數(shù)控制SD卡。通過這些基本的底層驅(qū)動接口程序，配合相應的命令，可完成SD卡的驅(qū)動操作[10]。

3.2 SD卡的FAT32文件系統(tǒng)設計

為了對數(shù)據(jù)的寫入進行有效地管理，能夠在SD卡的PC端被訪問，在SD卡完成底層驅(qū)動后，可按照FAT32文件系統(tǒng)格式對數(shù)據(jù)進行操作，進而在SD卡上實現(xiàn)讀寫文件等操作。FAT32文件系統(tǒng)是目前微軟FAT類文件系統(tǒng)中的最高版本，采用了32位的文件分配表，可提高利用率，是現(xiàn)今Windows下常用的硬盤文件系統(tǒng)。FAT32文件系統(tǒng)設計包括以下步驟：程序的初始化、初始化內(nèi)存、載入SD卡、打開文件夾、讀寫文件等操作[11]。

3.3 軟件升級功能的實現(xiàn)

在線更新嵌入式軟件的流程如圖2所示。軟件部分首先通過SPI協(xié)議對SD卡進行初始化，完成SD卡的底層驅(qū)動程序設計，再根據(jù)FAT32文件系統(tǒng)組織形式對SD卡中的數(shù)據(jù)進行讀取或更新，將讀取到的數(shù)據(jù)通過IAP方式寫入FLASH中，新程序文件寫入完成后，用程序?qū)崿F(xiàn)跳轉(zhuǎn)到指定代碼段執(zhí)行，儀表將運行更新后的嵌入式軟件。

4 結(jié) 語

嵌入式系統(tǒng)是當前最有發(fā)展前景的IT應用領(lǐng)域之一，傳統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)軟件升級方式耗時長、成本高。本文的研究可妥善解決這一問題，同時還能解決一些問題：不需要拆裝儀表，避免二次損壞;嵌入式軟件本身不包含擦寫FLASH的代碼，保證FLASH不會被誤擦寫，具備較高的安全性;程序預先載入到RAM，即使升級過程中發(fā)生SD卡損壞、拔除等異常事件，也不會影響燒錄過程，具備較高的可靠性。

參 考 文 獻

[1]孔凡鵬，付友濤.基于NIOS Ⅱ的SD卡讀寫控制設計[J].電子設計工程，2013（13）：115-118.

[2]肖敏，劉宇紅.SD卡硬件加密在工業(yè)MP3中的實現(xiàn)[J].通信技術(shù)，2012（11）：38-40.

[3]李敏，侯亞玲，劉穎. 基于SD卡的FAT32文件系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2017，7（7）：102-104.

[4]劉赟.嵌入式軟件在線升級系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J].計算機測量與控制，2015，23（4）：1425-1427.

[5]劉海，朱紅.基于LPC2148的SD卡實現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)升級設計[J]. 電子設計工程，2008，16（10）：27-29.

[6]茅勝榮，肖家文，喬東海.用SD卡定制嵌入式Linux系統(tǒng)的最小系統(tǒng)[J]. 單片機與嵌入式系統(tǒng)應用，2017（10）：28-32.

[7]田超. 基于ARM嵌入式系統(tǒng)上的SD卡驅(qū)動程序及文件系統(tǒng)的研究和開發(fā)[D].北京：北京郵電大學，2013.

[8]關(guān)峰，謝曉明.嵌入式設備軟件更新系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[J].電子測試，2013（10x）：11-12.

[9]劉振東.基于ARM的嵌入式軟硬件系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[J].信息記錄材料，2018（4）：105-106.

[10]楊明東.嵌入式軟件開發(fā)模式與軟件架構(gòu)探究[J].無線互聯(lián)科技，2018（7）：59-60.

[11]陳駿勰.嵌入式系統(tǒng)軟件自動生成方法研究[J].軟件導刊，2017（12）：40-43.