基于ARM處理器的IAP功能實現配變監(jiān)測終端程序遠程更新的
摘要： 本文介紹了基于LPC2378的IAP功能實現配變監(jiān)測終端程序遠程更新的方法，并將LZW壓縮算法應用于程序更新中。該產品投入運行一年多以來，取得了良好的運行效果。此項技術具有一定普遍性，略加修改可以應用到其他同類產品中。
Abstract：
Key words :
關鍵字：LPC2378 IAP功 配變監(jiān)測
1 LPC2378芯片介紹
LPC2378是一款基于ARM7TDMI-S的32位處理器。它具有512 KB的片內Flash程序存儲器、32 KB的靜態(tài)RAM(SRAM)，以及在系統編程(In-System Programming，ISP)和在應用編程(In-Application Program-ming，IAP)功能。由于程序對內存需求比較大，所以外擴了一片64 KB的SRAM。
通常，程序的下載可通過3種方式實現：
①采用嵌入式實時操作系統。該方法加大了系統對存儲容量的要求，增加了硬件和軟件成本。
②采用增加外控制燒錄系統的方法。該方法同樣增加了系統的復雜度和成本，且降低了系統本身的可靠性。
③采用IAP技術。該方法充分利用芯片本身的功能，不增加外圍器件，是一種最佳的實現方案。
1.1 LPC2378的FIash扇區(qū)
IAP命令以“扇區(qū)”為單位進行操作，操作時需要指定扇區(qū)號。LPC2378的扇區(qū)分布如表1所列。IAP、ISP和RealMonitor程序都位于Boot區(qū)，Boot區(qū)位于地址0x000TE000～0x0007FFFF處。IAP命令不允許對Boot扇區(qū)執(zhí)行寫／擦除／運行操作。
1.2 LPC2378的IAP功能
IAP程序是Thumb代碼，位于地址0x7ffffff1。IAP功能可用下面的C代碼來調用。
定義IAP程序的入口地址：
# define IAP_ENTER_ADR 0x7ffffff1
定義函數類型指針：
Typedef void(* IAP)(uint32[ ]，uint32[ ])
IAP iap_entry；
設置函數指針：
Iap_entry=(IAP) IAP_ENTER_ADR；
使用下面的語句來調用IAP：
Iap_entry(command，result)；
IAP功能主要通過調用iap_entry()函數來實現。IAP命令和定義的函數如表2所列。
在進行片內Flash修改時，首先需要讀取器件的ID和Boot代碼命令版本；確認無誤后，選擇準備編程的扇區(qū)；然后擦除扇區(qū)并執(zhí)行扇區(qū)查空，將RAM內容復制到Flash中；最后進行RAM內容與Flash的比較，檢查是否復制成功。
2 遠程更新的實現
2.1 程序分區(qū)
軟件開發(fā)采用ADS1.2集成開放環(huán)境。ADS全稱為ARM Developer Suite，是ARM公司推出的ARM集成開發(fā)工具。在ADS鏈接選項ARM Linker中選擇Scattered方式后，通過修改．scf文件可以將程序編譯成應用程序和更新程序兩部分。其中，應用程序占用0～21扇區(qū)，用于實現終端的功能；更新程序占用22～27扇區(qū)，在終端出廠后不再進行修改。當進行程序更新時，利用IAP功能對應用程序部分進行擦除改寫，以實現終端應用程序的更新。鏈接用的．scf文件定義如下：
在．scf文件中，RO表示程序代碼數據內容，RW和ZI表示該程序部分中定義的通用數據變量和需進行零初始化的數據變量。ROM_MAIN部分主要包括應用程序部分和其定義的數據。ROM_EXEC是應用程序的代碼區(qū)域，位于片內Flash，地址從0開始。IRAM中是程序運行的堆棧，位于片內RAM中。ERAM是應用程序定義的數據變量，位于片外RAM中。LOADER部分是更新程序的代碼區(qū)域，位于片內Flash，地址從0x78000開始。程序編譯、鏈接完成后，ADS會生成兩個名為ROM_MAIN和LOADER的十六進制文件。在需要程序更新時，主站將完成二進制提取的ROM_MAIN文件通過有線或無線的方式發(fā)送給終端，終端全部收到后調用更新程序進行程序更新。但由于提取完的二進制文件仍然比較大，需要對其進行壓縮，以降低通信費用。
2.2 程序更新的實現方法
程序運行流程如圖1所示。終端在程序啟動時，先檢查是否需要程序更新，如果不需要則正常進入main()函數運行。在運行過程中，當遇到主站發(fā)過來的壓縮程序包時，首先需要對壓縮程序包進行檢查，如果無誤，則將其存到對應位置的外部Flash中。當收到主站的程序更新命令時，終端需要對接收到的全部壓縮程序包進行檢查，確認無誤后置位程序更新標志，保存當前數據并復位。當終端程序再次啟動，發(fā)現有程序更新標志時，則調用更新程序。在更新程序中，首先從外部Flash中取出壓縮的程序包，然后對其進行解壓縮，并將壓縮后的程序復制到對應的內部Flash扇區(qū)中。當所有的壓縮程序包都解壓復制后，清除程序更新標志，然后復位。終端再次啟動后，運行的就是更新之后的應用程序了。
2.3 解壓縮算法在更新程序里的實現
在程序編譯、鏈接完后，對應用程序生成的ROM_MAIN．hex文件進行二進制提取。雖然可以使文件大大減小，但所生成的文件仍然很大，需要進一步壓縮。本文采用LZW壓縮算法對其進行壓縮，LZW(Lempel-Ziv-Welch)壓縮算法是一種串表式無損壓縮技術，支持流式解壓縮，可以根據內存大小選擇合適的最大字典串長。表3顯示了對ROM_MAIN．hex文件(940 KB)進行二進制提取，以及提取后對其進行LZW壓縮各階段的文件大小。
當需要進行程序更新時，將壓縮后的文件發(fā)送給終端。終端收到全部程序壓縮包并確認無誤后，進行復位并調用更新程序。在更新程序中，由于內存的限制，每次從外部Flash讀取1 024字節(jié)進行解壓縮。當解壓出的字節(jié)數達到512時，調用IAP功能函數，并將這512個字節(jié)復制到內部Flash中，繼續(xù)進行解壓縮。之前讀取的1 024個字節(jié)解壓完畢后，再重新從外部Flash進行讀取解壓，直到對應用程序完全解壓并復制完為止。
結 語
本文介紹了基于LPC2378的IAP功能實現配變監(jiān)測終端程序遠程更新的方法，并將LZW壓縮算法應用于程序更新中。該產品投入運行一年多以來，取得了良好的運行效果。此項技術具有一定普遍性，略加修改可以應用到其他同類產品中。
LPC2378是一款基于ARM7TDMI-S的32位處理器。它具有512 KB的片內Flash程序存儲器、32 KB的靜態(tài)RAM(SRAM)，以及在系統編程(In-System Programming，ISP)和在應用編程(In-Application Program-ming，IAP)功能。由于程序對內存需求比較大，所以外擴了一片64 KB的SRAM。
通常，程序的下載可通過3種方式實現：
①采用嵌入式實時操作系統。該方法加大了系統對存儲容量的要求，增加了硬件和軟件成本。
②采用增加外控制燒錄系統的方法。該方法同樣增加了系統的復雜度和成本，且降低了系統本身的可靠性。
③采用IAP技術。該方法充分利用芯片本身的功能，不增加外圍器件，是一種最佳的實現方案。
1.1 LPC2378的FIash扇區(qū)
IAP命令以“扇區(qū)”為單位進行操作，操作時需要指定扇區(qū)號。LPC2378的扇區(qū)分布如表1所列。IAP、ISP和RealMonitor程序都位于Boot區(qū)，Boot區(qū)位于地址0x000TE000～0x0007FFFF處。IAP命令不允許對Boot扇區(qū)執(zhí)行寫／擦除／運行操作。
1.2 LPC2378的IAP功能
IAP程序是Thumb代碼，位于地址0x7ffffff1。IAP功能可用下面的C代碼來調用。
定義IAP程序的入口地址：
# define IAP_ENTER_ADR 0x7ffffff1
定義函數類型指針：
Typedef void(* IAP)(uint32[ ]，uint32[ ])
IAP iap_entry；
設置函數指針：
Iap_entry=(IAP) IAP_ENTER_ADR；
使用下面的語句來調用IAP：
Iap_entry(command，result)；
IAP功能主要通過調用iap_entry()函數來實現。IAP命令和定義的函數如表2所列。
在進行片內Flash修改時，首先需要讀取器件的ID和Boot代碼命令版本；確認無誤后，選擇準備編程的扇區(qū)；然后擦除扇區(qū)并執(zhí)行扇區(qū)查空，將RAM內容復制到Flash中；最后進行RAM內容與Flash的比較，檢查是否復制成功。
2 遠程更新的實現
2.1 程序分區(qū)
軟件開發(fā)采用ADS1.2集成開放環(huán)境。ADS全稱為ARM Developer Suite，是ARM公司推出的ARM集成開發(fā)工具。在ADS鏈接選項ARM Linker中選擇Scattered方式后，通過修改．scf文件可以將程序編譯成應用程序和更新程序兩部分。其中，應用程序占用0～21扇區(qū)，用于實現終端的功能；更新程序占用22～27扇區(qū)，在終端出廠后不再進行修改。當進行程序更新時，利用IAP功能對應用程序部分進行擦除改寫，以實現終端應用程序的更新。鏈接用的．scf文件定義如下：
在．scf文件中，RO表示程序代碼數據內容，RW和ZI表示該程序部分中定義的通用數據變量和需進行零初始化的數據變量。ROM_MAIN部分主要包括應用程序部分和其定義的數據。ROM_EXEC是應用程序的代碼區(qū)域，位于片內Flash，地址從0開始。IRAM中是程序運行的堆棧，位于片內RAM中。ERAM是應用程序定義的數據變量，位于片外RAM中。LOADER部分是更新程序的代碼區(qū)域，位于片內Flash，地址從0x78000開始。程序編譯、鏈接完成后，ADS會生成兩個名為ROM_MAIN和LOADER的十六進制文件。在需要程序更新時，主站將完成二進制提取的ROM_MAIN文件通過有線或無線的方式發(fā)送給終端，終端全部收到后調用更新程序進行程序更新。但由于提取完的二進制文件仍然比較大，需要對其進行壓縮，以降低通信費用。
2.2 程序更新的實現方法
程序運行流程如圖1所示。終端在程序啟動時，先檢查是否需要程序更新，如果不需要則正常進入main()函數運行。在運行過程中，當遇到主站發(fā)過來的壓縮程序包時，首先需要對壓縮程序包進行檢查，如果無誤，則將其存到對應位置的外部Flash中。當收到主站的程序更新命令時，終端需要對接收到的全部壓縮程序包進行檢查，確認無誤后置位程序更新標志，保存當前數據并復位。當終端程序再次啟動，發(fā)現有程序更新標志時，則調用更新程序。在更新程序中，首先從外部Flash中取出壓縮的程序包，然后對其進行解壓縮，并將壓縮后的程序復制到對應的內部Flash扇區(qū)中。當所有的壓縮程序包都解壓復制后，清除程序更新標志，然后復位。終端再次啟動后，運行的就是更新之后的應用程序了。
2.3 解壓縮算法在更新程序里的實現
在程序編譯、鏈接完后，對應用程序生成的ROM_MAIN．hex文件進行二進制提取。雖然可以使文件大大減小，但所生成的文件仍然很大，需要進一步壓縮。本文采用LZW壓縮算法對其進行壓縮，LZW(Lempel-Ziv-Welch)壓縮算法是一種串表式無損壓縮技術，支持流式解壓縮，可以根據內存大小選擇合適的最大字典串長。表3顯示了對ROM_MAIN．hex文件(940 KB)進行二進制提取，以及提取后對其進行LZW壓縮各階段的文件大小。
當需要進行程序更新時，將壓縮后的文件發(fā)送給終端。終端收到全部程序壓縮包并確認無誤后，進行復位并調用更新程序。在更新程序中，由于內存的限制，每次從外部Flash讀取1 024字節(jié)進行解壓縮。當解壓出的字節(jié)數達到512時，調用IAP功能函數，并將這512個字節(jié)復制到內部Flash中，繼續(xù)進行解壓縮。之前讀取的1 024個字節(jié)解壓完畢后，再重新從外部Flash進行讀取解壓，直到對應用程序完全解壓并復制完為止。
結 語
本文介紹了基于LPC2378的IAP功能實現配變監(jiān)測終端程序遠程更新的方法，并將LZW壓縮算法應用于程序更新中。該產品投入運行一年多以來，取得了良好的運行效果。此項技術具有一定普遍性，略加修改可以應用到其他同類產品中。
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