基于WiFi的車載終端遠程軟件升級方法

摘要：為克服車載嵌入式設備難以集中回收進行軟件升級的缺點，提出了一種基于WiFi通信的遠程軟件升級方法。該方法對微控制器FLASH存儲空間進行有效分配，設計IAP功能，利用WiFi通信接口采用TFTP協議下載新軟件到FLASH，實現嵌入式軟件在線升級。給出了升級方法的詳細設計和程序流程，升級速度快，受環境影響小。該方法可應用于移動分布式嵌入式設備中。

引言

隨著對系統功能、性能要求的不斷提高，或為了消除缺陷，用戶常常需要對嵌入式終端設備軟件進行升級。目前嵌入式終端軟件升級方法有專用工具燒寫、在系統編程(ISP)和在應用編程(IAP)等。前兩種方式需要專門的人員到達現場、甚至拆卸設備才能進行軟件升級。IAP方式可由開發人員根據實際應用進行靈活設計，例如使用串口升級、USB升級等。

由于車載終端具有移動性、分布廣泛、無法集中召回等特點，傳統軟件升級方案顯得束手無策。遠程軟件升級方案能夠為系統維護提供極大的方便，目前主流使用基于GPRS的IAP方式，但通常需要支付給運營商一定的費用。

根據某單位車輛管理系統的實際情況，本文設計出一種基于WiFi的遠程軟件升級方法。具有簡單、便捷、可靠、成本低等優點。

1 系統原理

系統結構如圖1所示。該單位有若干分部，每個分部獨立管轄所屬的車輛，每個車輛裝載一套終端，用于記錄車輛行駛信息。當車輛外出執行任務及返回經過車場門口時，與車場門口的數據采集設備通過WiFi進行數據交互。各分部數據采集設備連接至互聯網與總部進行數據交互。

終端設備MCU采用STM32F107芯片，該芯片是意法半導體公司基于ARM Cortex—M3的32位嵌入式處理器，主頻達72 MHz、90DMIPS。它具有256 KB閃存程序存儲器、20KB的數據存儲器及64 KB RAM。外圍接口豐富，價格僅與8位單片機相當，性價比極高。

WiFi模塊采用RedPine公司的RS9110-N-11-02模塊，該模塊通過SPI接口與MCU通信。RS9110-N11-02模塊為IEEE 802.11b/g/n WLAN設備，集成MAC、基帶處理器、幅值可調RF收發器、頻率參考和天線等。硬件模塊嵌入了網絡協議棧、WLAN協議和配置功能，構成一個完整的802.11n WLAN解決方案。

系統軟件升級工作過程如下：

①通過以太網把編譯好的新軟件傳輸到各分部數據采集設備上;

②車輛外出或返回時途經車場門口數據采集設備WiFi網絡覆蓋區域;

③車輛終端設備通過WiFi網絡連接到數據采集設備，如需要則進行新軟件下載;

④車輛終端執行新軟件。

2 軟件升級方法及流程

STM32F107內部FLASH存儲器地址以0x08000000開始，共256K。為了在線升級，將該FLASH存儲器如圖2所示劃分為BOOT區、應用程序區、臨時區、參數存儲區。

其中BOOT區用于存放系統自舉程序，應用程序區用于存放用戶應用軟件，臨時區用于臨時存儲正在下載的軟件，參數存儲區用于存儲程序升級時所使用的標志及其他系統參數。

軟件升級標志定義如下：正常模式、升級模式及拷貝模式。正常模式標志著無需進行軟件升級，直接跳轉到應用程序區執行;升級模式標志著終端需要下載新的應用程序;拷貝模式用于在軟件下載完畢后拷貝到應用程序區，將該部分功能獨立出來是為了在軟件下載完畢后拷貝到應用程序區時出現突然斷電等故障時進行故障恢復。

終端處于WiFi信號范圍時，接入WiFi網絡與數據采集設備進行信息交互。如圖3所示，軟件升級流程如下：

①接收到版本號查詢指令，回復本終端軟件版本號給數據采集設備;

②若版本號為最新，流程結束，否則會接收到數據采集設備發來的軟件升級指令;

③修改參數存儲區存儲的軟件升級標志為升級模式，復位MCU;

④MCU從BOOT區啟動;

⑤讀取軟件升級標志，如是“正常模式”，判斷應用程序區是否有應用程序，若有則跳轉到應用程序區執行，若無則置軟件升級標志為“升級模式”，復位MCU，跳轉到步驟④;

⑥若軟件升級標志是“拷貝模式”，拷貝臨時區軟件到應用程序區，修改軟件升級標志為正常模式，復位MCU，跳轉到步驟④;

⑦若軟件升級標志是“升級模式”，則掃描并接入WiFi網絡;

⑧使用TFTP協議下載新軟件到臨時區;

⑨校驗新軟件是否正確，若不正確則跳轉到步驟⑧，若正確則執行下一步;

⑩修改軟件升級標志為“拷貝模式”，復位MCU，跳轉到步驟④。

3 軟件實現

升級軟件主要由版本號比較、軟件復位、軟件下載及校驗、拷貝軟件到應用程序區、軟件跳轉到應用程序區幾部分組成。

(1)版本號比較

每個版本的軟件需要有不同的版本號，按照一定規則遞增，如數據采集設備上有2.0版本軟件比本終端1.0版本高，則據此進行軟件升級。

(2)軟件復位

根據本設計，軟件需要復位進入BOOT區進行一系列操作。通過使STM32內部中斷應用和復位控制寄存器中的SYSRESETREQ位置1，即可實現軟件復位。

(3)軟件下載及校驗

采用TFTP協議下載應用軟件到MCU臨時區。TFTP用于發送較小的文件時實現簡單，可靠性高。其下層使用UDP協議，發送使用UDP 69端口，每次發送的最大分組為512字節，發送雙方采用超時重傳機制。數據傳輸模式可選為octet模式(二進制模式)。

TFTP支持6種類型的數據包，分別是：

①Read rcquest(RRQ);

②Write rcquest(WRQ);

③Data(DATA);

④Acknowledgment(ACK);