基于GPRS通信的MCU固件远程更新技术的实现

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基于GPRS通信的MCU固件远程更新技术的实现

仪器仪表商**：在以、大数据、云计算为代表的信息科技**式发展的今天，产品越来越丰富，并且版本的升级迭代速度非常快。如果需要对软件代码进行升级，或者生产厂家想要对产品进行修改，就必须到现场重新烧写程序。这样，从时间到成本都造成了很大的开销，非常不灵活。因此远程更新的固件就成为解决这一问题的有效手段。本文以F103VET6 为平台，使用GPRS通信方式和IAP 技术实现MCU固件的远程更新。该技术对于具备GPRS通信的嵌入式产品有很好的帮助，对3G或者4G的嵌入式产品也有借鉴的意义。

1系统的硬件设计

本系统的结构如图1所示。MCU使用芯片STM32F103VET6，该处理器是（ST）公司发布的基于M3内核的增强型系列处理器，工作频率最高达到72 MHz，带有片内RAM、片内Flash和丰富的外设。GPRS模块的型号是G510。MCU通过串口，使用AT命令与G510模块进行数据交互。转串口模块作为PC与MCU的数据交互的有效手段，通过打印数据信息就可以知道MCU的工作状态。产生两种，包括为MCU和USB模块供电的3.3 V电压和为GPRS模块供电的4.0 V电压。

2MCU的地址

STM32F103VET6的内核是CortexM3，它的存储系统采用统一寻址方式，程序存储器、数据存储器、寄存器和输入输出接口被组织在同一个4 GB的线性地址空间内。存储空间被分成8个主要块，每个块为512 MB。以STM32F103VET6处理器为例， 图2为代码块和片内SRAM的地址映射图。STM32F103VET6有512 KB的Flash存储空间，地址从008000000至00807ffff;有64 KB的SRAM，地址从020000000到02000ffff。

通过设置BOOT［1:0］引脚值为00，使STM32F103 VET6上电后从Flash的008000000地址处开始执行代码。

3IAP技术的实现

3.1IAP技术原理

在应用编程（IAP）技术是指MCU在执行用户程序的过程中对片内Flash 的部分区域进行擦写，把真正的用户二进制代码烧写到Flash中。在这里，IAP的程序要实现两个功能： 一是通过GPRS通信接收已经编译链接好的二进制的应用代码到内存；二是将应用代码烧写到片内Flash 中。系统复位后，MCU首先执行IAP和GPRS通信程序，此段代码必须使用硬件烧写器，比如Jlink烧写到MCU中；等待MCU接收并烧写好真正的功能代码后，跳转至此段代码开始执行用户程序。这两段代码都是烧写在片内Flash中，必须保证两段代码的存放区域不能重叠，否则会出现程序覆盖，将无法正确执行用户程序。通过设置标志位，并且存储到Flash中，来判断上电后执行的是IAP程序还是用户程序。

3.2烧写文件格式

IAP驱动和GPRS通信程序是用MDK编译器生成的HEX文件，通过JTAG烧写到STM32F103VET6的Flash中，起始地址是008000000。由于MDK产生的是HEX文件，因此需要使用转换工具将用于通过GPRS通信方式从服务器端下发到终端的固件代码由HEX文件格式转换成BIN文件格式。终端将新的固件代码写入到Flash中，起始地址设为008020000。

3.3软件实现

由于要更新的固件的存储地址是008020000，因此需要调整新固件的中断向量表的地址：NVIC＿SetVectorTable(NVIC＿VectTab＿FLASH,008020000)。使用起始地址为00807f800最后一页Flash存储字符型变量Update_Flag，该变量的值保存了固件更新的状态。当Update_Flag等于0时，代表无应用程序，MCU执行IAP驱动和GPRS通信程序；当Update_Flag等于1时，代表应用程序是已经写入Flash中的有效代码，则MCU执行新的固件程序。系统的软件流程如图3所示。

连接的流程图STM32F103VET6与GPRS模块的数据交互通过串口来完成，终端与服务器的连接建立的过程如图4所示。建立连接后，MCU可以发送报文A1向服务器请求新固件。服务器收到此报文后，把要发送的BIN格式的新固件按照表1所示的报文格式发送至终端。帧长度是包含从类型到校验位的总长度。这里考虑到G510传输每帧数据的最长字节数和Flash写操作的方便性，设定数据区的最大长度为1024 B。服务器端打开BIN格式的文件，并且按照表1所示的帧格式把数据装载成帧A2，然后发送。用帧计数来避免因为网络拥堵等问题造成的数据传输错误。采用应答式的交互方式，终端每次收到一条固件帧，就以正确帧R1或者错误帧R2回应。R1和R2中包含帧计数和服务器端设置延时，发送完一帧数据后，延时5 s，在这段时间内，没有收到回应的数据则重发。服务器发送完最后一帧固件数据，并且收到正确的回答后，再发送一帧结束数据A3，使终端知道固件已经全部发送完毕。具体的服务器和终端的数据传输的流程图如图5所示。

先使用JTAG把IAP驱动和GPRS通信的代码写入到Flash的起始地址008000000处，然后复位终端，等待终端与服务器建立好连接。服务器使用图6所示的客户端界面形成规范的报文，然后发送到终端，实现终端固件的远程更新。

4结论

通过实验，用户代码被正常执行，说明远程更新已经正常实现。因此，IAP 技术为远程更新用户代码提供了极大的方便，不仅能够提高产品性能，增强产品的功能，而且大大降低了企业产品运营和维护的成本，是一门实用性很强的技术，在将来的3G、4G等嵌入式产品中将会被广泛地使用。

如何实现对示波器的远程控制？摘要：数字能准确捕获各种信号，故已成为科研实验和工程项目中各类信号采集、记录和分析的主要设备之一。但是很多情况下，需要把数字示波器采集到的数据进行数据处理和分析，并最终完成远程的自动测试和分析的需求。所以今天我们就来说说如何实现对示波器的远程控制。
　　

　　1、 基础介绍
　　计算机通过LAN(网口)或者 接口与示波器建立连接来控制示波器。如图1 所示。
　　

　　一听到要控制示波器，大家都会想到通过SCPI 命令来控制示波器。那如何来实现呢?可选的方案有：
　　(1)通过编写程序代码，如使用C,C++,C#等语言结合开发环境(如VS2012)来编写代码;
　　(2)通过LabVIEW，使用图形界面来实现。
　　今天我们就来说说如何使用LabVIEW 实现对ZDS2024 示波器的控制。
　　LabVIEW 的定义：
　　LabVIEW 由National Instruments 公司开发，于1986 年发布第一个版本，是一种用图标和连线代替文本行来创建应用程序的图形化编程语言。LabVIEW 提供了一门编程语言所拥有的语法功能，只是它以图形的方式提供。
　　LabVIEW 基本由一个个VI 文件组成。每个VI 由前面板和程序框图组成。可以从两个角度来理解VI 文件：
　　(1)从用户交互来说，前面板负责设计用户交互界面，类似UI 设计工具，一般包括用户操作控件和输出结果控件，像文本框、按钮、波形显示控件等;而程序框图负责将用户的操作经过一系列的处理，并最终输出结果，显示在前面板上。
　　(2)从功能模块来说，每个VI 文件类似于C 语言中的一个函数，前面板用来设计函数的参数(输入)和返回值(输出)，程序框图类似函数体，实现具体逻辑。
　　2、 安装软件和ZDS2024 驱动库
　　首先必须安装好LabVIEW 和NI-VISA。将ZDS2024 的驱动库文件夹Zhiyuan ZDS2000 Series for TCP，拷贝到LabVIEW 安装目录instr.lib 目录下。Zhiyuan ZDS2000 Series for TCP针对以太网连接。
　　3、配置NI-VISA来控制示波器
　　启动Masurement & Automation Explorer 软件，选择设备和接口，在添加网络设备中，使用Manual Entry of Raw Scoket(手动输入原始SOCKET)方式连接，ZDS2024 示波器采用端口号5025 来接收SCPI 命令。如图2 和图3 所示。设置好后，可进行测试，确保连接成功。
　　


　　4、例程设计
　　启动LabVIEW 创建一个新的VI 文件。这里以从示波器读取数据，并显示在波形控件上为例。
　　设计的VI 前面板为如图4 所示。
　　

　　左边的三个控制用于输入设置，包括连接的VISA 资源名称，获取数据的通道，最大延迟时如何实现对示波器的远程控制间。右边为结果波形显示控件。设计好前面板以后，就可以进入程序框图设计了。在VI 的程序框图中的Function 面板中，选择“仪器I/O”可以找到有关ZDS2024 的驱动库的模块，可以在程序框图中直接使用，设计结果如图5 所示。
　　

　　在程序框图中，先初始化示波器，并启动示波器的AutoSetup 功能，然后循环获取示波器的数据，并送显示，直到用户中止或者获取数据过程中出现错误。最后可以在前面板启动运行，结果如图6 所示。
　　






PA功率分析仪远程读取数据


摘要：功率分析仪通常用于实验室、现场的测量，环境可能是高温、高压电等危险区域测量数据，尤其是长期测量时，必须要有人时时刻刻在仪器旁边进行分析么，那是不可能的。周立功致远PA功率分析仪可以通过多种方式进行远程数据的读取，如何进行的呢?
　　

　　一、通信接口
　　PA功率分析仪提供了RS-232、因特网、GPIB、四种通信接口对其进行远程数据的读取。其中RS-232接口图如图 1。
　　四种通信方式对比如下：
　　1.使用串口进行远程控制编程简单方便，调试容易，但干扰存在下可能会出现数据丢失，数据线长度过长时亦会有所影响。
　　2.使用网络进行控制时，读写速度快，可靠稳定传输，因此推荐有条件的情况下最后使用网络通信方式。
　　3.使用USB接口进行通信时，编程比较复杂，数据传输可靠，调试困难，硬件要求低。
　　GPIB通信接口编程比较复杂，并且通信线价格不便宜，不过传输数据可靠稳定，亦可作为工控的选择。
　　

　　图 1 RS-232接口
　　二、传输协议
　　SCPI命令协议
　　以上四种通信接口都支持标准工业控制的SCPI命令协议，Standard Commands for Programmable Instruments的缩写，即程控仪器(可编程仪器)标准命令集。SCPI 是一种建立在现有标准IEEE488.1 和 IEEE 488.2 基础上，并遵循了IEEE754 标准中浮点运算规则、ISO646 信息交换7 位编码符号(相当于ASCII编程)等多种标准的标准化仪器编程语言。它采用一套树状分层结构的命令集，提出了一个具有普遍性的通用仪器模型，采用面向信号的测量;它的助记符产生规则简单、明确，且易于记忆。使用SCPI命令的实例如下：
　　:HOLD
　　(1)功能
　　设置或查询数据的保持状态。
　　(2)命令格式
　　:HOLD {}
　　:HOLD?
　　(3)参数说明
　　 = ON|OFF
　　(4)示例
　　:HOLD OFF
　　:HOLD? -> 0
　　SCPI通信协议使用的是ASCII码字符进行，让人更加直观的查看所读写的数据内容。
　　Modbus协议
　　除以上四种接口支持SCPI命令协议之外，RS-232和网络还提供了Modbus通信协议。Modbus 协议是应用于电子控制器上的一种通用语言。通过此协议，控制器相互之间、控制器经由网络(例如以太网)和其它设备之间可以通信。它已经成为一通用工业标准。有了它，不同厂商生产的控制设备可以连成工业网络，进行集中监控。PA功率分析仪支持Modbus协议的RTU标准协议。此协议传输带宽小，效率高。
　　在Modbus协议标准中，网络端口统一使用的是502端口，数据帧格式如下：
　　
　　在当前PA5000/PA8000中支持的命令有：0x01读线圈;0x03读保持寄存器;0x04读输入寄存器;0x05写单个线圈;0x06写单个寄存器;0x0F写多个线圈;0x10写多个寄存器;0x2B读设备标识码。具体的寄存器地址含义可参考相应的使用说明文档。
　　客户应根据自身需求选择适当的远程控制接口及通信协议。推荐使用网络接口的SCPI命令协议对PA进行远程控制。