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单片机远程升级需要具备条件

strongerHuang 2023-09-05 08:20
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转自 | 嵌入式技术开发


上周给大家分享了《Bootloader程序安全机制设计》，今天为大家分享一下远程升级单片机的设计思路。

在物联网应用中，远程IAP升级MCU的程序是一项非常有用的功能。当设备出现程序问题或者需要更新程序时，只需要在服务器上对设备进行升级，不需要在有专门的人员去现场进行升级，节省人力物力。

远程升级的基础功能


要实现远程升级，首先要实现以下几个基本功能：
1.Flash读写
不管是本地IAP还是远程IAP，这都是最基本的功能。

2.无线通讯
可通过WIFI、4G、以太网等多种方式来实现，根据实际项目需求选择。

3.通讯协议
常用的通讯协议有TCP、HTTP、FTP、MQTT等。其中HTTP、FTP和MQTT都属于应用层协议，都是基于TCP（传输层）来实现的。用户也可以自己基于TCP编写简单的通讯协议来实现。

远程IAP与本地IAP的设计思路是一致的，都需要设计BOOT程序和APP程序。但也有一些需要注意的地方。主要是远程升级需要考虑网络延迟甚至网络中断的问题。体现在以下几方面：

设计程序缓存区


在内部或外部存储器开辟一块区域，用于存储分包接收到的程序数据。等到全部数据接收完毕后再一次性写入到Flash进行升级。

这样做有以下2点好处：
1.直接升级时间可能会比较长，影响用户正常使用，增加缓存区设计可以大大减少升级时间。
 
2.直接升级时，如果网络出现问题，可能导致设备无法正常启动变砖。增加缓存区设计后，即使升级数据传输失败，也不影响设备的正常使用。

健壮的通讯协议

本地升级时数据传输出错的概率比较小，但远程设计时就需要多考虑一些，比如前后两包数据可能同时达到等。


因此，设计通讯协议时，就要更严谨，服务器发送的指令和数据都需要设备的确认回复。

同时，最好有一定的校验信息。，比较校验和，CRC校验等。

程序备份设计


即使有上面的各种设计的保障，也不能保证升级过程不会失败。最好能够设计一个程序备份区，在程序升级失败时运行备份区程序。
 
下面介绍一种简单的远程升级的步骤：
  1. 服务器发送升级请求指令。
  2. 设备回复收到请求升级指令。
  3. 服务器发送程序升级数据。（一般包含包头、包号、总包数、分包的程序数据、校验）
  4. 设备收到程序数据后，确认校验无误，存储到程序缓存区，并按包号回复服务器，防止出现传输包错乱。
  5. 服务器收到回复后再发送下一包数据，直至结束。
  6. 程序数据发送完成后，服务器发送升级结束指令。
  7. 设备收到结束指令后，回复服务器。并在Flash指定位置写入升级标志，重启进入BOOT程序。
  8. BOOT程序读取升级标志，若需要升级，则读取程序缓存区数据，写入到Flash中。
  9. 升级完毕，跳转到Flash指定地址运行。

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strongerHuang 作者黄工，高级嵌入式软件工程师，分享嵌入式软硬件、物联网、单片机、开发工具、电子等内容。
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