面向照明終端芯片程序的無線遠程升級研究與應用

馮士良+唐熠群+陳岳軍

摘要：照明終端現場逐個更換程序芯片或固化編程的傳統升級方法需花費大量物力、人力及財力。針對照明終端芯片程序升級中存在的問題，提出一種無線遠程升級方法。基于GPRS網絡socket通信，將升級程序分包傳輸，然后照明終端通過校驗數據和自身更新程序，同時考慮通訊故障和終端斷電的異常處理措施，確保數據傳輸的高效性以及終端升級程序正確性。應用實踐表明，所提出的方法具有升級效率高、升級速度快和安全高等特點，非常適用于照明終端設備多、環境復雜的城市照明監控系統。

關鍵詞：遠程升級；芯片程序；照明終端；數據傳輸

中圖分類號： TP319

文獻標識碼： A

文章編號： 16727800（2017）004017103

0引言 由于軟件設計考慮不全面或程序功能不夠完善，在軟件發布后，往往通過對程序bug進行修改或加入新功能的方式完成升級。終端設備的軟件升級已經在電信、電力、電視和微電子等行業得到廣泛應用。郭喆[1]分析了EPON系統中OLT對其下屬全部在線ONU實現軟件升級功能，并在此基礎上提出了ONU側軟件升級方法。王偉紅和周淦林[2]提出了基于GPRS通信的電力終端軟件升級方法。陳迅山[3]在雙向有線數字電視網絡的基礎上，實現了數字電視接收終端軟件遠程升級系統，并能兼容單向有線數字電視網絡。林國漢和石自輝[4]針對電力監控終端設備軟件升級需要，討論了電力終端軟件升級方法，提出了基于ARM芯片的GPRS網絡的無線遠程IAP系統。林志雄等[5]提出了一種基于3G無線網絡的軟件在線升級方法。目前，照明終端芯片程序升級的傳統方法是維修人員到達安裝現場，用隨身攜帶的移動設備對監控終端進行程序升級或更換程序芯片，當終端數量較多并且安裝地點分布廣泛時，存在升級過程復雜、人力成本高、時間長等問題。為解決現場升級面臨的各種問題，本文基于C/S架構的軟件升級[6]模式，提出一種新的照明終端芯片程序無線遠程升級方法，保證數據傳輸的高效性以及終端升級程序的準確性，提高了客戶滿意，提升了資源利用率。1無線升級相關技術1.1升級方式 為了保證下載升級程序的完整性，可分為增量升級和完全升級2種方式。增量升級方式即將比較新、舊版本終端程序，將不同部分形成升級文件，并將該升級文件通過GPRS無線網絡下載到照明終端；完全升級方式即將新版軟件通過GPRS無線網絡完全下載到照明終端。完全升級方式不用考慮現場終端升級程序的版本問題，其優點是可以對多個終端同時升級，此方式的缺點是升級耗時較長。若新舊版本照明終端程序差異較小，推薦使用增量升級方式，這樣升級快，但此方式不能對不同程序版本終端進行同時升級。1.2校驗機制 升級程序文件一般為.HEX或.BIN文件格式，它可以是完整的照明終端程序文件，也可以是比較后生成的增量文件。無論是何種方式，升級程序文件如果超過100KB，則需要將升級文件分包下載到終端。因此，照明終端不但要校驗每幀數據的有效性，而且還要保證升級后數據的正確性。2照明終端芯片程序無線遠程升級方法2.1升級系統軟件設計框架 本文采用OSI模型設計系統，以模塊化、標準化實現各子系統功能，通過Web服務的方式為各種公共應用提供接口。系統可劃分為3個部分：應用層、通信層和照明終端物理層，如圖1所示。系統應用層主要為設備管理、參數設置、數據處理和報表統計等功能模塊；通信層負責為前臺機和系統提供通信網絡服務，包括協議轉換以及數據傳輸等；照明終端設備層主要負責數據收發、數據校驗、軟件升級處理和升級結果上報。

2.2升級程序數據包格式 為了保證升級過程快速高效，首先對原始的升級程序源碼（HEX文件或BIN文件）進行分包，并加入相應的地址符、控制符、數據包號、校驗碼等組成應用層數據幀。具體數據包格式如表1所示。

SOI：幀，幀頭里面包含標示、起始字符、幀長、控制域、地址域。 SEQ：幀序列域，用于描述幀與幀之間傳輸序列的變化規則。 INFO：數據內容，系統向照明終端設備下發的具體數據。 CRC：幀檢驗碼，通過CRC校驗來保證數據傳輸的準確性和完整性，其中每個數據包都有一個CRC校驗。此外，整個升級程序數據還有一個總CRC校驗。3系統流程及應用3.1程序升級流程 程序升級流程如圖2所示。

（1）建立升級會話：通過socket通信，客戶端軟件對需要升級的照明終端設備發送升級會話請求，收到照明終端設備應答，表明升級會話建立成功。 （2）請求路燈終端設備升級信息：升級會話建立成功，客戶端軟件請求終端設備的升級版本信息。 （3）設置分割包屬性：客戶端軟件根據設備返回的版本信息設置分割包的屬性，并按數據包格式對相應的升級程序進行分包。 （4）發送升級程序數據：完成步驟（1）～（3）后，客戶端軟件將升級程序數據分包逐一發給照明終端設備，在客戶端軟件下發升級數據包過程中，照明終端只需要單向接受、驗證數據包及包號，并保存有效數據包和無效數據包的塊信息，而不需要向客戶端返回其它信息。 （5）請求升級分割包信息：當系統客戶端軟件下發最后一個數據包后，客戶端軟件向照明終端請求升級包信息，照明終端設備向客戶端軟件返回校驗出錯的數據包以及未收到的數據包號等信息，客戶端軟件會根據這些校驗信息進行數據包補發。 （6）當客戶端軟件確定照明終端設備已經收到完整、正確的升級程序數據后，客戶端軟件會請求關閉升級會話。尋找終端設備對升級程序數據包進行還原，并在照明終端空閑時自行執行軟件升級并保留原設置參數。若軟件更新成功，照明終端設備會自動重啟新版本軟件；若軟件升級失敗，終端會恢復上次正常運行版本。3.2無線遠程升級方法在照明終端芯片程序中的應用 本文方法已在盛同公司WJ3006終端產品的無線遠程升級測試中得到了應用，效果良好。實驗結果如表2所示。

升級程序包數：升級程序的總包數，使用128包作為測試數據，分別代表升級程序總大小為64K； 實際發送包數：因為存在發送的包未被正常接收，而需要補包的情況，所以在升級成功的情況下，實際發送的包數要大于或等于升級程序包數； 失敗包數：未被正常接收、驗證、存儲的數據包數，升級成功情況下，該數據等于實際發送包數減去升級程序包數； 每幀發包數：每幀下發給終端的分割包數； 包成功率：最終被成功接收的包除以實際發送的包數，成功升級情況下，實際接收的包數等于升級程序包數； 發送間隔：以毫秒為單位，代表兩個下發升級程序包之間的間隔等待時間； 每臺用時：代表本次升級從下發升級準備指令開始到查詢包全部接收成功用時。 綜上所述，就當前設計而言，升級程序的最佳參數如表3所示，應為發送間隔500″，每次發送一包，每包512字節。以64k大小程序為例，數據分為128包，單個終端升級時間再1′10″左右，包成功率在98.5%以上，3組數據中最多丟包2包，都補包一次即完成升級。

4結語 與傳統路燈終端設備程序升級方法相比，本文提出的方法具有如下特點：①客戶端可以對多個照明設備進行升級，提高升級效率；②由于照明終端自行判斷升級結果，客戶端不需要對軟件升級結果進行監控；③照明終端軟件升級靈活性強，照明終端可在閑時升級新程序，而在忙時暫緩軟件升級。本文所提方法采用無應答機制、CRC校驗和socket通信技術，通過公共GPRS通信網絡，實現對路燈終端設備軟件程序進行無線遠程升級，解決了現有逐個更換程序芯片或現場固化編程的弊端。目前，該路燈終端設備已在嘉興、武進路燈系統中試商用。實驗結果表明，本文所提出的方法具有升級效率高、升級速度快和安全性高的特點，非常適用于照明終端設備多、所處環境復雜的城市照明監控系統。

參考文獻：

[1] 郭喆.EPON中ONU軟件升級技術的研究與設計[J].光通信技術，2011：（2）：1315.

[2]王偉紅，周淦林.電能信息采集系統終端軟件遠程升級方案的設計與實現[J].儀器儀表標準化與計量，2010（6）：4043.

[3]陳迅山.數字電視接收終端軟件遠程升級系統設計與應用[D].廣州：華南理工大學，2012年.

[4]林國漢，石自輝.基于ARM和GPRS的無線遠程IAP的研究與實現[J].工業控制計算機，2009（5）：4648.

[5]林志雄，鄢萍，賀曉輝.面向嵌入式無線信息終端的在線升級方法[J].計算機應用，2010（7）：17251727.

[6]賀廣新.c_s模式下客戶端軟件自動升級的設計與實現[D].西安：西安電子科技大學，2013年.

（責任編輯：陳福時）