基于關(guān)鍵點(diǎn)控制的網(wǎng)絡(luò)嵌入式設(shè)備在線升級(jí)的實(shí)現(xiàn)

隨著嵌入式操作系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展，在網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備中有越來越廣泛的應(yīng)用。在實(shí)際使用中，為了擴(kuò)展業(yè)務(wù)功能、解決軟件中存在的問題和提升設(shè)備性能，或者為了滿足設(shè)備的定制業(yè)務(wù)(如廣告業(yè)務(wù))，需要對(duì)嵌入式設(shè)備的軟件系統(tǒng)或者資源文件及時(shí)進(jìn)行更新，就是軟件系統(tǒng)的升級(jí)業(yè)務(wù)。目前，嵌入式設(shè)備軟件更新有2種方式：一種是在本地使用PC機(jī)通過串口(或者網(wǎng)口)將軟件下載到設(shè)備中完成軟件系統(tǒng)的升級(jí)；另一種是利用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行在線升級(jí)。前者只能在本地進(jìn)行軟件升級(jí)操作，不能夠批量更新，適合于實(shí)驗(yàn)室調(diào)試使用，而后者能夠?qū)W(wǎng)絡(luò)中在線終端進(jìn)行批量升級(jí)，得到廣泛的應(yīng)用。實(shí)際上，軟件在線升級(jí)已經(jīng)成為網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備的一項(xiàng)基本功能，軟件在線升級(jí)的方案不同，升級(jí)過程的特點(diǎn)和安全性也不相同。

1 系統(tǒng)軟件升級(jí)常用方案

網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備的系統(tǒng)軟件保存在FLASH中，系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)把系統(tǒng)軟件加載到內(nèi)存中運(yùn)行，軟件升級(jí)的本質(zhì)是從網(wǎng)絡(luò)下載新的系統(tǒng)軟件內(nèi)容，把原來系統(tǒng)軟件內(nèi)容擦除，然后寫入新的系統(tǒng)軟件，系統(tǒng)重啟后加載新的系統(tǒng)軟件。常用的升級(jí)方案包括單系統(tǒng)升級(jí)方案和雙系統(tǒng)升級(jí)方案：

(1)單系統(tǒng)升級(jí)方案(如圖1所示)：系統(tǒng)啟動(dòng)后進(jìn)行正常的業(yè)務(wù)功能，此時(shí)網(wǎng)絡(luò)后臺(tái)檢測(cè)終端版本號(hào)判斷是否有新版本可升級(jí)，如果檢測(cè)到當(dāng)前終端的版本號(hào)低于最新版本號(hào)，則立即從網(wǎng)絡(luò)下載升級(jí)包啟動(dòng)升級(jí)過程，在用戶進(jìn)行業(yè)務(wù)功能的過程中后臺(tái)完成對(duì)于原系統(tǒng)軟件的擦除，并寫入新的系統(tǒng)軟件和更新當(dāng)前版本號(hào)。該升級(jí)過程對(duì)于用戶是透明的，用戶只有在終端重啟后再加載新的系統(tǒng)軟件。但是該升級(jí)方案的安全性比較弱，因?yàn)槿绻麅?nèi)容擦除后終端斷電或者重啟，則終端中系統(tǒng)軟件被破壞，沒有可用的系統(tǒng)軟件，終端以后再不能正常啟動(dòng)，必須技術(shù)支持人員到現(xiàn)場(chǎng)完成軟件修復(fù)升級(jí)。另外，如果新寫入的系統(tǒng)軟件因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)傳輸或者其他原因存在錯(cuò)誤時(shí)，也會(huì)上面的結(jié)果。這種升級(jí)方案存在較明顯的安全性缺陷，現(xiàn)在已經(jīng)較少使用。

(2)雙系統(tǒng)升級(jí)方案(如圖2所示)：為了增強(qiáng)升級(jí)過程的安全性，出現(xiàn)了雙系統(tǒng)的升級(jí)方案，通常的處理是終端中存在一個(gè)基本運(yùn)行系統(tǒng)和一個(gè)正常運(yùn)行系統(tǒng)，分別處于FLASH的不同分區(qū)中，基本運(yùn)行系統(tǒng)只用于升級(jí)正常運(yùn)行系統(tǒng)軟件，正常運(yùn)行系統(tǒng)完成用戶的正常業(yè)務(wù)。業(yè)務(wù)過程中自動(dòng)從網(wǎng)絡(luò)檢測(cè)最新版本號(hào)，判斷是否需要升級(jí)系統(tǒng)軟件，如果檢測(cè)到有需要升級(jí)的系統(tǒng)軟件，則終端設(shè)置從基本運(yùn)行系統(tǒng)啟動(dòng)并提示用戶重啟系統(tǒng)。終端從基本運(yùn)行系統(tǒng)啟動(dòng)后，從網(wǎng)絡(luò)下載正常運(yùn)行系統(tǒng)軟件并完成升級(jí)過程，寫入完成后更新當(dāng)前版本號(hào)，設(shè)置從正常運(yùn)行系統(tǒng)啟動(dòng)后重啟，終端從正常運(yùn)行系統(tǒng)啟動(dòng)，進(jìn)行正常的用戶業(yè)務(wù)。

該升級(jí)方案克服上單系統(tǒng)升級(jí)方案中安全性的缺陷，升級(jí)過程中如果出現(xiàn)終端異常斷電或者重啟，只有正常運(yùn)行系統(tǒng)軟件的被破壞，最小備份系統(tǒng)保持正常是升級(jí)功能，系統(tǒng)重啟后繼續(xù)從最小備份系統(tǒng)啟動(dòng)，完成系統(tǒng)升級(jí)功能。目前網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中常會(huì)使用該升級(jí)，但這種升級(jí)方案每次都需要重啟系統(tǒng)，且用戶需要停止業(yè)務(wù)進(jìn)行系統(tǒng)軟件的升級(jí)，整個(gè)升級(jí)過程用戶只能等待，對(duì)于現(xiàn)在用戶體驗(yàn)越來越重要的終端設(shè)備，該升級(jí)方案有較明顯的易用性缺陷。

2 基于關(guān)鍵點(diǎn)控制的系統(tǒng)軟件升級(jí)方案

基于關(guān)鍵點(diǎn)控制的升級(jí)方案是針對(duì)于上述雙系統(tǒng)升級(jí)方案的優(yōu)化和改進(jìn)，通過業(yè)務(wù)分析和統(tǒng)計(jì)，為了修改增強(qiáng)業(yè)務(wù)功能或者修改BUG，終端升級(jí)的絕大部分場(chǎng)景是需要升級(jí)正常運(yùn)行系統(tǒng)，如果能夠?qū)崿F(xiàn)在正常運(yùn)行系統(tǒng)中能夠升級(jí)自身，升級(jí)過程對(duì)用戶透明，則能夠解做到絕大部分升級(jí)過程用戶不可見。同時(shí)由于基本運(yùn)行系統(tǒng)也會(huì)存在BUG或者需要增強(qiáng)功能，也有需要升級(jí)基本運(yùn)行系統(tǒng)的情況。

本方案通過在系統(tǒng)中設(shè)定關(guān)鍵點(diǎn)，在升級(jí)過程中通過關(guān)鍵點(diǎn)值控制升級(jí)的流程，保證系統(tǒng)軟件升級(jí)安全性，同時(shí)做到升級(jí)過程對(duì)用戶透明，而且除了能夠升級(jí)正常運(yùn)行系統(tǒng)外還可以升級(jí)基本運(yùn)行系統(tǒng)(如基本運(yùn)行系統(tǒng)中存在BUG需要修改時(shí))，增強(qiáng)了終端的靈活性，另外升級(jí)過程引入了XML格式的升級(jí)控制文件，有效的控制了網(wǎng)絡(luò)版本的兼容性。關(guān)鍵點(diǎn)記錄了當(dāng)前系統(tǒng)軟件的狀態(tài)。根據(jù)當(dāng)前系統(tǒng)軟件狀態(tài)的不同，軟件升級(jí)的流程不同，在基本運(yùn)行系統(tǒng)和正常運(yùn)行系統(tǒng)中都包含下面的關(guān)鍵點(diǎn)，各個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)的取值和代表含義如下：

(1)系統(tǒng)啟動(dòng)未驗(yàn)證(SSNV)：系統(tǒng)升級(jí)完成后沒有啟動(dòng)過，此時(shí)不能保證系統(tǒng)能夠正常啟動(dòng)，不能保證系統(tǒng)能夠運(yùn)行業(yè)務(wù)功能，即沒有驗(yàn)證系統(tǒng)的升級(jí)功能；正常運(yùn)行系統(tǒng)處于SSNV狀態(tài)時(shí)，不能在該正常運(yùn)行系統(tǒng)下升級(jí)基本運(yùn)行系統(tǒng)，否則可能會(huì)出現(xiàn)2個(gè)系統(tǒng)都不能正常啟動(dòng)的狀態(tài)。同樣基本運(yùn)行系統(tǒng)處于SSNV狀態(tài)時(shí)，不能在該基本運(yùn)行系統(tǒng)中升級(jí)正常運(yùn)行系統(tǒng)。

(2)系統(tǒng)升級(jí)未驗(yàn)證(SUNV)：系統(tǒng)已經(jīng)正常啟動(dòng)，業(yè)務(wù)功能正常運(yùn)行，但沒有驗(yàn)證系統(tǒng)的升級(jí)功能。如果正常運(yùn)行系統(tǒng)的升級(jí)功能沒有驗(yàn)證，則不能在該系統(tǒng)下升級(jí)基本運(yùn)行系統(tǒng)，否則可能會(huì)造成基本運(yùn)行系統(tǒng)被破壞，同時(shí)正常運(yùn)行系統(tǒng)沒有升級(jí)功能的情況，以后終端再也不具有在線升級(jí)的功能。同樣基本運(yùn)行系統(tǒng)處于SUNV狀態(tài)時(shí)，不能在正常運(yùn)行系統(tǒng)中直接升級(jí)正常運(yùn)行系統(tǒng)本身，需要重啟進(jìn)入基本運(yùn)行系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)；

(3)系統(tǒng)升級(jí)已驗(yàn)證(SUV)：系統(tǒng)除了業(yè)務(wù)功能正常外，升級(jí)功能已經(jīng)驗(yàn)證過，能夠進(jìn)行正常的升級(jí)。該狀態(tài)表明系統(tǒng)功能完全經(jīng)過驗(yàn)證，如基本運(yùn)行系統(tǒng)處于SUV狀態(tài)，則在正常運(yùn)行系統(tǒng)中可以自動(dòng)升級(jí)自身，正常運(yùn)行系統(tǒng)處于SUV狀態(tài)時(shí)，可以在正常運(yùn)行系統(tǒng)中升級(jí)基本運(yùn)行系統(tǒng)。

升級(jí)方案的具體控制流程中包含了關(guān)鍵點(diǎn)控制和判斷使用的時(shí)機(jī)，終端啟動(dòng)后判斷從哪個(gè)系統(tǒng)啟動(dòng)，如果從正常運(yùn)行系統(tǒng)啟動(dòng)成功，此時(shí)假設(shè)正常運(yùn)行系統(tǒng)的關(guān)鍵點(diǎn)狀態(tài)為SSNV狀態(tài)，則設(shè)置為SUNV狀態(tài)(如圖3所示)。

系統(tǒng)運(yùn)行過程中檢測(cè)到有新版本需要升級(jí)正常運(yùn)行系統(tǒng)，則判斷基本運(yùn)行系統(tǒng)的關(guān)鍵點(diǎn)狀態(tài)，如果為SUV狀態(tài)，則直接在正常運(yùn)行系統(tǒng)中升級(jí)該升級(jí)包，否則需要設(shè)置從基本運(yùn)行系統(tǒng)啟動(dòng)，并重啟終端后在基本運(yùn)行系統(tǒng)中升級(jí)該升級(jí)包。如果檢測(cè)到需要升級(jí)基本運(yùn)行系統(tǒng)，則判斷正常運(yùn)行系統(tǒng)關(guān)鍵點(diǎn)狀態(tài)，如果為SUV狀態(tài)，則直接在基本運(yùn)行系統(tǒng)中升級(jí)該升級(jí)包，升級(jí)完成后設(shè)置正常運(yùn)行系統(tǒng)的關(guān)鍵點(diǎn)狀態(tài)為SSNV狀態(tài)，否則忽略該升級(jí)包(如圖4所示)。在基本運(yùn)行系統(tǒng)啟動(dòng)成功，如果此時(shí)基本運(yùn)行系統(tǒng)的關(guān)鍵點(diǎn)狀態(tài)為SSNV狀態(tài)，則設(shè)置為SUNV狀態(tài)(如圖5所示)?；具\(yùn)行系統(tǒng)的主要功能就是完成正常運(yùn)行系統(tǒng)的升級(jí)。啟動(dòng)后如果檢測(cè)到有新版本需要升級(jí)正常運(yùn)行系統(tǒng)，則下載該升級(jí)包進(jìn)行升級(jí)業(yè)務(wù)，升級(jí)完成后設(shè)置正常運(yùn)行系統(tǒng)的關(guān)鍵點(diǎn)狀態(tài)為SSNV狀態(tài)，并表示基本運(yùn)行系統(tǒng)的關(guān)鍵點(diǎn)狀態(tài)為SUV狀態(tài)(如圖6所示)。

通過上述的關(guān)鍵點(diǎn)控制，該升級(jí)方案保證了任何情況下都有一個(gè)系統(tǒng)是能夠正常運(yùn)行升級(jí)系統(tǒng)，不會(huì)出現(xiàn)終端因?yàn)樯?jí)過程斷電等因素造成升級(jí)失敗后，不能再自動(dòng)恢復(fù)的問題，對(duì)終端升級(jí)的安全性有較大的提升。例如在正常運(yùn)行系統(tǒng)中升級(jí)正常運(yùn)行系統(tǒng)時(shí)，基本運(yùn)行系統(tǒng)保證是SUV狀態(tài)，如果出現(xiàn)斷電情況，終端重啟后進(jìn)入基本運(yùn)行系統(tǒng)中可以把正常運(yùn)行系統(tǒng)升級(jí)；在正常運(yùn)行系統(tǒng)中升級(jí)基本運(yùn)行系統(tǒng)時(shí)，正常運(yùn)行系統(tǒng)保證是SUV狀態(tài)，如果出現(xiàn)斷電情況，終端重啟后進(jìn)入正常運(yùn)行系統(tǒng)可以繼續(xù)升級(jí)基本運(yùn)行系統(tǒng)；在基本運(yùn)行系統(tǒng)中升級(jí)正常運(yùn)行系統(tǒng)時(shí)，基本運(yùn)行系統(tǒng)保證是SUV狀態(tài)，如果出現(xiàn)斷電情況，終端重啟后進(jìn)入基本運(yùn)行系統(tǒng)可以繼續(xù)升級(jí)正常運(yùn)行系統(tǒng)。該升級(jí)方案中不允許在基本運(yùn)行系統(tǒng)中升級(jí)自身。

3 結(jié)語

該方法在醫(yī)療呼叫系統(tǒng)中進(jìn)行了應(yīng)用與驗(yàn)證，嵌入式系統(tǒng)基于S3C2440處理器，負(fù)責(zé)系統(tǒng)中醫(yī)療信息的發(fā)布、查詢，語音呼叫及醫(yī)療增援服務(wù)，其中床頭機(jī)、醫(yī)護(hù)機(jī)、門口機(jī)均采用該系統(tǒng)，醫(yī)療呼叫系統(tǒng)需要全天候工作，不可能指定時(shí)間對(duì)系統(tǒng)升級(jí)，且升級(jí)過程需要用戶不可見，通過應(yīng)用本方法能夠方便的升級(jí)系統(tǒng)軟件，以修復(fù)軟件BUG或者增強(qiáng)軟件服務(wù)。升級(jí)過程中用戶不可見，且升級(jí)完成后不需要重啟終端，對(duì)于升級(jí)的易用性和友好性有較大改進(jìn)。

本文分析了常用的網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備在線升級(jí)的方案，在保證在線升級(jí)過程安全的基礎(chǔ)上，通過對(duì)雙系統(tǒng)升級(jí)方法的優(yōu)化和改進(jìn)，通過關(guān)鍵點(diǎn)狀態(tài)的記錄和判斷，實(shí)現(xiàn)了絕大部分情況下，可以在正常運(yùn)行系統(tǒng)中直接升級(jí)正常運(yùn)行系統(tǒng)，升級(jí)完成后不需要重啟系統(tǒng)，做到升級(jí)過程對(duì)用戶透明。同時(shí)在原來只能升級(jí)正常運(yùn)行系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，支持升級(jí)基本運(yùn)行系統(tǒng)的功能，對(duì)于提升網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備在線升級(jí)的易用性和安全性有較大的幫助。

 

STM32/STM8

意法半導(dǎo)體/ST/STM