arm芯片，远程空中升级程序技术方案

arm芯片，远程空中升级程序技术

背景

产品上线之后，若程序存在bug或者需要增加新功能模块，在现场升级维护特别困难，需要维护人员取出控制板，来升级程序。为了方便维护人员在现场升级产品，我们做这个升级产品。不用拆装设备，实现远程升级产品。

需求分析

所谓远程空中升级，就是利用无线网络给指定MCU更新程序。在这里的无线设备我使用的是蓝牙（CC2541芯片或者CC2542芯片），使用的MCU是arm核的一款芯片。升级工具的终端设备是手机。当然了，手机中装了专门升级的apk。

系统介绍

将 keil 或者 iar 软件生产的 hex 文件，加载到手机的 apk 软件， apk 通过手机蓝牙发生给中转器蓝牙设备，蓝牙设备接受到手机发生过来的数据，通过 usb 、 spi 、 iic 或者 uart 中的某个接口再将数据发送给 mcu 芯片， mcu 芯片接受到数据后，将数据依次烧写到 flash 指定的位置，待到 hex 文件全部烧写到 mcu 芯片后，重启 mcu 芯片，下次上电，若满足一定的条件，则运行新的程序 , 这就完成了整个空中升级的过程。

 

手机(升级APK)

这个升级apk实现的主要功能很简单，就是将编译生成的hex文件，分成几百个小块数据包，然后将这些小块数据包封装成规定的帧格式，发送给中转器蓝牙设备。

当然了，在产品中，升级apk还包括一些和产品相关的功能，比如不允许每个客户随便升级产品，必须有权限才能升级，就算允许客户升级产品，外界环境也必须是安全才能升级，这就涉及到安全模式，普通模式切换等等。作为学习的demo，不需要了解这么多。了解主要功能就行了。

 

中转器(蓝牙)

中转器的主要功能就更简单了，就是透传数据，它就是一个中介的角色。它负责将手机上的数据，发送给MCU芯片。

实际中，这个中转器，配有电池，不使用的情况下，保持低功耗，耗电很少，要使用的时候，通过按键去唤醒低功耗，操作结束后，又会进入低功耗。所以，这个中转器也是一个低功耗的可穿戴设备。哈哈。

MCU(ARM芯片)

升级过程中，MCU实现的功能也很简单，就是将接收到的升级数据，烧写进指定的flash里面，然后重启，校验刚烧写进去程序的正确性，如果正确则运行新程序。

虽然mcu升级的过程简单，但是明白MCU升级的原理，就不是很容易了。

在这里我将详细的对这个过程进行说明，会解答一些困惑。

一般情况下，我们更新程序，都是通过jtag接口或者SWD接口在线烧写程序，这个烧写程序的过程，就是将keil或者iar软件编译生成的hex文件烧写进flash指定的位置。所以swd烧写工具里面，一般带有先擦除flash，再写flash的操作。更新程序的原理，大家要懂的。

（说个题外话，有些人会通过jtag接口，读取flash里面的数据，从而获取你的程序代码，你的东西轻而易举的就被别人复制了，所以一些加密芯片没有jtag接口。防止窃取。而且加密芯片里面flash数据是加密的，就算你读取了，也是乱码。这里推荐北京同方公司的加密芯片）

明白了，更新程序原理之后，现在讲如何升级。

大家要知道实现升级程序的功能，MCU芯片必须有两套程序，比如运行程序A的时候，可以通过烧写flash更新程序B，同理，运行程序B的时候，可以通过烧写flash更新程序A，是不是有些人会疑问，为什么不能运行程序A的时候，就更新程序A，这当然是不行的，芯片正在运行程序A，你却重写了程序A区域对应的flash数据，这就会使程序跑飞的。其实对于我们来说，没有必要用两套一模一样的用户代码程序，这会增加flash占用空间的，我们只需要一套用户代码程序，另一套是简单的操作flash的程序代码就行（行业中叫bootloader）。升级过程中会涉及到两套程序进行切换。       

MCU芯片一上电，就是从首地址开始运行的，所以首地址存的是异常中断向量表，运行了向量表，向量表里面存的是程序执行的地址，运行了相应的向量表，就会运行相应的程序代码。

下面的就是设计的升级过程，

如图1的初始态，flash首页地址存的是uart bootloader的向量表，flash地址区[0x0003 8000 - 0x0003 D000]存的是uart bootloader的代码，所以一上电，就运行的是uartbootloader的程序。flash地址区[0x0000 0200 - 0x0000 0400]存的是用户cos的向量表，flash地址区[0x0000 0400 - 0x0001 0000]存的是用户cos的代码，当运行uart bootloader程序的时候，如满足一定条件，则会跳转到用户cos区域运行。相对于要升级的用户新cos,初始态的用户cos是Old User cos, 将要更新的cos是New User cos。

下面详细介绍一下升级时候，各个状态。

1.       初始态：出厂后的设备中，芯片运行着用户程序，flash首页[0x0000 0000 - 0x0000 0200]的向量表指向old user ‘ s cos区。这是出厂态。芯片出厂的时候，UARTbootloder已经烧写在fash地址区[0x0003 8000 - 0x0003 D000]。

芯片一上电，根据首地址的向量表指向，运行uartbootloader程序，如箭头1。若        满足条件，uartbootloader程序重新映射启动向量表，如箭头2。更改后的向量表        指向新的程序区域，运行新程序，如箭头3。

2.       下载态：要烧写新的用户程序（new user ‘s cos）就得先处于下载态，下载态的时候，芯片运行uartbootloader程序。芯片一上电就处于下载态，如果900ms内，接受到升级请求，就能升级芯片。如果芯片运行用户程序，先通过升级命令重启thk88，使其在下载态。当MCU芯片被复位后，MCU芯片就运行UART bootloader程序。因为UART bootloader程序的功能是通过串口接口，操作flash擦除 and 读写。所以通过串口接口，按照规定的协议发送新cos的代码部分给MCU芯片的flash区，更新数据。

3.       用户态：当用户cos的代码部分下载结束后，将最后更新0x0000 0400地址处的向量表，当MCU芯片被复位后，满足一定条件后，MCU芯片将从flash中的新程序（new user ‘s cos）运行，芯片运行在用户态。

状态图

 

 

 

升级还涉及到了稳定通信，安全模式and代码续传问题。比如像这些敏感的操作必须在安全模式下进行。还有升级升到一半的话，断电了，下次上电，准备继续升级，又如何操作。下一篇博客再讲。