煤礦多層異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程固件更新方法

袁鳳培

(1.中煤科工集團(tuán)常州研究院有限公司， 江蘇 常州 213015；2.天地(常州)自動化股份有限公司， 江蘇 常州 213015)

0 引言

目前在用的煤礦安全監(jiān)測、人員定位等系統(tǒng)均采用多層網(wǎng)絡(luò)、多鏈路架構(gòu)，如圖1所示。分站通過以太網(wǎng)與地面控制主機(jī)連接，傳感器或執(zhí)行器通過RS485或CAN等現(xiàn)場總線與分站連接[1]。隨著礦用產(chǎn)品數(shù)字化推進(jìn)，特別是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)逐步應(yīng)用，產(chǎn)品的復(fù)雜度、智能化水平等不斷提高，產(chǎn)品持續(xù)維護(hù)需求進(jìn)一步加大[2-7]。

圖1 煤礦多層異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)Fig.1 Structure of multi-layer heterogeneous networks in coal mines

得益于以太網(wǎng)完整的鏈路協(xié)議，目前接入環(huán)網(wǎng)的分站或網(wǎng)關(guān)大多已實現(xiàn)遠(yuǎn)程固件更新功能[8-9]。地面控制主機(jī)通過環(huán)網(wǎng)與分站通信，固件數(shù)據(jù)可通過Web，F(xiàn)TP(File Transfer Protocol，文件傳輸協(xié)議)，TFTP(Trivial File Transfer Protocol，簡單文件傳輸協(xié)議)等方式推送到下位機(jī)，下位機(jī)校驗無誤跳轉(zhuǎn)至Bootloader，Bootloader使用IAP(In Application Programming，在應(yīng)用編程)接口將新固件編程至指定Flash地址，引導(dǎo)MCU跳轉(zhuǎn)運(yùn)行新固件。

隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，一些小型MCU能夠支持IAP技術(shù)。主機(jī)通過RS485或CAN總線將固件數(shù)據(jù)下載至傳感器，Bootloader更新固件。該方式實現(xiàn)了設(shè)備免開蓋維護(hù)，但需要工程人員深入現(xiàn)場，當(dāng)傳感器數(shù)量較多、分散分布時，維護(hù)工作量依然很大。若能從地面控制主機(jī)直接更新各級設(shè)備固件，必將大大減輕工程維護(hù)工作量。鑒此，本文針對煤礦多層異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程固件更新方法展開研究。

與點到點的固件更新不同，在多層異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)下，固件數(shù)據(jù)需要經(jīng)過多個設(shè)備中轉(zhuǎn)、穿越多種鏈路才能到達(dá)目標(biāo)設(shè)備。因此，固件數(shù)據(jù)在傳遞前必須要有詳細(xì)信息描述數(shù)據(jù)的目標(biāo)及需要穿越的鏈路，即數(shù)據(jù)需要路由描述。……