遠程自動抄表系統BootLoader的設計

張國勤國電南瑞三能電力儀表（南京）有限公司

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遠程自動抄表系統BootLoader的設計

張國勤
國電南瑞三能電力儀表（南京）有限公司

摘要：為了方便基于ARM體系的電力遠程抄表系統中的功能應用程序的變化更新，特將程序劃為二部分，一部分為引導程序(BootLoader)；另一部分為功能應用程序。引導程序的主要功能是加載或升級功能應用程序。

關鍵詞：電力遠程抄表系統；BootLoader

現今移動設備得到了廣泛的應用和發展，嵌入式系統受到了更多的關注和發展。隨著計算機和微電子技術的發展，微控制芯片的功能也越來越強大，從而得到了越來越廣泛的應用。嵌入式系統在功耗、成本、可靠性及硬件的體積大小等方面有著相當嚴格的要求。隨著技術的發展，UCOS、linux、WINCE等操作系統也對嵌入式系統進行了成熟穩定支撐，這也提高了處理器的要求。當今，ARM體系的微處理器精簡指令構架及其兼顧復雜指令的設計，使其做到了高性能低功耗，從而得到了廣泛的應用。

本文主要研究的是采用ARM體系的電力遠程抄表終端的BootLoader的設計與實現。BootLoader是電力遠程抄表終端中執行功能應用程序前的一段程序，它的作用主要是升級或加載功能應用程序。

1　硬件設計

BootLoader的硬件平臺是根據整個電力遠程抄表的需求，選擇合適的硬件環境，從而以最優的性價比實現系統的功能為原則而選擇的。本系統的硬件平臺是經過慎重考慮后選擇了基于512kB程序空間的ARM微控制器搭建起來的。

2　軟件分解

BootLoader程序分為上下兩層，分別是硬件驅動與應用層。底層驅動包含串口通信、定時器、SPI、DATAFLASH、外擴RAM與LCD顯示等。應用層主要含有升級信息檢測、接收待升級的應用軟件、軟件跳轉、程序加載，升級進度顯示等五大功能。

2.1硬件驅動

硬件驅動主要實現對芯片資源的直接訪問，硬件驅動接口提供了應用層訪問硬件資源的一個接口。

2.2應用層

圖1　工作流程圖

上述提到應用部分主要實現升級信息檢測、接收待升級的應用軟件、軟件跳轉、程序加載，升級進度顯示等五個功能。工作流程圖如圖1所示。

3　地址分配

BootLoader軟件設計完成后，接著需要設計BootLoader的存放位置、功能應用程序的存放位置。嚴密準確的地址分配，才能避免相互沖突，系統失控。

ARM系統復位后，首先從物理地址0x00000000開始運行，該地址是MCU預先設定的。我們設計BootLoader程序在此處運行，當BootLoader運行到程序的末尾時，程序將跳轉到預定的功能應用程序地址0x00008000繼續運行。為BootLoader預留的程序空間是32KB，下圖2為具體的地址分配圖：

圖2　地址分配圖

4　設計應用

本公司的電力遠程抄表終端在多個省份已廣泛使用，本節介紹BootLoader在設計使用中遇到的瓶頸。

4.1程序空間大小限制

在設計使用中，由于我們選用的ARM芯片總的程序空間只有512kB，我們的主應用程序使用程序空間已達到470kB左右，這樣留給BootLoader的空間實際不到40kB，為了給主應用程序空間留點余量，我們將BootLoader程序空間預留了32kB，在設計完基本的串口升級，存儲、顯示簡單的頁面等功能后，BootLoader程序空間已達到了30kB左右，如果要在BootLoader中實現GPRS升級以及圖片顯示等功能，程序空間已不足。

4.2接收緩存、速率限制

目前的BootLoader串口升級最大每幀可達10240字節，速率為57600bps，升級完一個功能應用程序(470kB)需47幀左右，如果增大每幀字節數，速率必須降低，否則容易出現丟字節；如果增加速率，每幀最大字節數必須減少，否則也會出現丟字節，經過反復的驗證，每幀10240字節，速率57600bps是基于該芯片(最高主頻可達72MHz)最優最快的程序升級配置。

5　結論

BootLoader是在嵌入式系統的發展過程中產生的。它的使命是升級或加載功能應用程序，為了給設計人員提供更多的便利，BootLoader的功能也得到了更多的擴充，比如增加了網絡、豐富的圖形顯示等。

現今，BootLoader在電力遠程抄表系統中已得到廣泛的使用，為抄表集中器的運行維護帶來了極大的方便。

參考文獻：

[1]陳海軍,申衛昌,史穎.嵌入式系統引導程序詳探[J].微機發展,2006年01期.

[2]郭志,洪秀臣,曾奕.一個嵌入式系統的啟動分析[J].微計算機信息,2005年第22期.

作者簡介：張國勤(1976- )，男，工作于國電南瑞三能電力儀表（南京）有限公司工程師研究方向：嵌入式設計開發。