基于機(jī)組通訊網(wǎng)絡(luò)的多聯(lián)機(jī)設(shè)備批量程序升級(jí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

張光旭 楊 都 賴東鋒 葉鐵英

（珠海格力電器股份有限公司 珠海 519070）

引言

由于多聯(lián)機(jī)系統(tǒng)復(fù)雜，設(shè)備節(jié)點(diǎn)多，通訊距離遠(yuǎn)，工程現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜多變。在用戶實(shí)際使用過程中，一旦出現(xiàn)功能使用異常問題需要控制器方面的售后處理時(shí)，如果采用逐個(gè)拆卸更換電路板的方式進(jìn)行維修，既面臨更換操作復(fù)雜，人身安全隱患，又有效率底下，維修成本高昂的問題。因此通過機(jī)組的現(xiàn)有通訊網(wǎng)絡(luò)，對(duì)多聯(lián)機(jī)組的設(shè)備進(jìn)行批量程序升級(jí)，可以很好地解決控制器售后維修問題，提升用戶滿意度。

基于機(jī)組通訊網(wǎng)絡(luò)的多聯(lián)機(jī)設(shè)備批量程序升級(jí)系統(tǒng)，需要實(shí)現(xiàn)以下功能：

1）利用機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)的機(jī)組網(wǎng)絡(luò)，無需改變機(jī)組原有通訊接線，升級(jí)設(shè)備只需通過工程維修口接入機(jī)組網(wǎng)絡(luò)即可。

2）對(duì)于機(jī)組網(wǎng)絡(luò)中，采用同一個(gè)程序的設(shè)備節(jié)點(diǎn)，一次性完成批量程序升級(jí)，操作簡(jiǎn)便，大大提升升級(jí)效率，短時(shí)間內(nèi)完成設(shè)備程序更新，最大限度降低因程序升級(jí)操作對(duì)用戶使用的影響。程序升級(jí)設(shè)備自動(dòng)識(shí)別待升級(jí)設(shè)備程序升級(jí)信息，提供交互接口，完成程序升級(jí)流程的指令與數(shù)據(jù)下發(fā)，實(shí)現(xiàn)批量程序升級(jí)。

3）具備高可靠性，抵御因工程現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境電磁干擾，安裝接線規(guī)范問題，以及設(shè)備差異性導(dǎo)致的可能干擾，確保程序升級(jí)的正常完成。在遇到異常情況，例如升級(jí)過程中意外斷電，通訊連接異常，其他設(shè)備干擾時(shí)，可以通過抗干擾機(jī)制以及其他機(jī)制，確保批量程序升級(jí)可靠實(shí)現(xiàn)。

1 程序升級(jí)系統(tǒng)構(gòu)成

1.1 程序升級(jí)系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)

程序升級(jí)系統(tǒng)包括升級(jí)設(shè)備、機(jī)組通訊網(wǎng)絡(luò)以及待升級(jí)設(shè)備，升級(jí)設(shè)備通過機(jī)組通訊網(wǎng)絡(luò)與待升級(jí)設(shè)備進(jìn)行通訊連接。實(shí)際使用過程中，升級(jí)設(shè)備作為維修時(shí)加入的通訊設(shè)備，通過識(shí)別機(jī)組網(wǎng)絡(luò)的波特率、極性等通訊參數(shù)，加入到當(dāng)前機(jī)組網(wǎng)絡(luò)。

升級(jí)設(shè)備的功能包括：獲取當(dāng)前機(jī)組網(wǎng)絡(luò)下待升級(jí)設(shè)備的類型、數(shù)量、地址信息、運(yùn)行程序信息等，發(fā)送程序升級(jí)相關(guān)升級(jí)指令、待升級(jí)程序文件數(shù)據(jù)，接收待升級(jí)設(shè)備升級(jí)過程狀態(tài)信息等，進(jìn)行升級(jí)過程中異常情況下的處理。

待升級(jí)設(shè)備需要實(shí)現(xiàn)的功能包括：發(fā)送當(dāng)前設(shè)備的類型、地址信息、運(yùn)行程序信息等，接收程序升級(jí)相關(guān)升級(jí)指令、待升級(jí)程序文件數(shù)據(jù)，反饋當(dāng)前設(shè)備升級(jí)過程狀態(tài)信息等。

機(jī)組通訊網(wǎng)絡(luò)作為升級(jí)設(shè)備與待升級(jí)設(shè)備之間進(jìn)行通訊的網(wǎng)絡(luò)，允許升級(jí)設(shè)備的隨時(shí)就接入和斷開。

如圖1所示程序升級(jí)系統(tǒng)中，多聯(lián)機(jī)外機(jī)、室內(nèi)機(jī)、升級(jí)設(shè)備通過機(jī)組通訊網(wǎng)絡(luò)連接。作為待升級(jí)設(shè)備，外機(jī)數(shù)量m和室內(nèi)機(jī)數(shù)量n根據(jù)實(shí)際工程需要數(shù)量不定，室內(nèi)機(jī)數(shù)量可多達(dá)上百臺(tái)。多聯(lián)機(jī)的機(jī)組通訊網(wǎng)絡(luò)通常為CAN通訊、RS485通訊等，從批量程序升級(jí)的效率和可靠性來看，采用CAN通訊網(wǎng)絡(luò)的機(jī)組[1]，具備更好的表現(xiàn)。

升級(jí)設(shè)備作為程序升級(jí)系統(tǒng)的發(fā)起者，負(fù)責(zé)整個(gè)升級(jí)流程時(shí)序以及狀態(tài)切換，具備程序升級(jí)入口，用戶交互，數(shù)據(jù)發(fā)送接收，狀態(tài)顯示等功能，待升級(jí)設(shè)備具備In-Application Programming(IAP)功能，程序通常分為兩個(gè)部分：Bootloader部分[2]和應(yīng)用部分程序，Bootloader部分負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)IAP功能，應(yīng)用部分用于實(shí)現(xiàn)機(jī)組相關(guān)功能，程序升級(jí)只是更新應(yīng)用部分程序，Bootloader部分始終存在。通過升級(jí)設(shè)備的指令進(jìn)入IAP狀態(tài)，接收指令及數(shù)據(jù)后，完成擦除、燒錄及校驗(yàn)工作，實(shí)現(xiàn)程序升級(jí)。

1.2 程序升級(jí)系統(tǒng)流程

圖2為多聯(lián)機(jī)設(shè)備程序升級(jí)流程圖。

圖1 程序升級(jí)系統(tǒng)框圖

圖2 多聯(lián)機(jī)設(shè)備程序升級(jí)流程圖

多聯(lián)機(jī)設(shè)備程序升級(jí)流程圖如下。

1）升級(jí)設(shè)備接入多聯(lián)機(jī)機(jī)組通訊網(wǎng)絡(luò)，上電運(yùn)行，識(shí)別機(jī)組通訊網(wǎng)絡(luò)參數(shù)如波特率、極性等，加入到機(jī)組通訊網(wǎng)絡(luò)。用戶操作升級(jí)設(shè)備，選擇需要升級(jí)的設(shè)備，升級(jí)設(shè)備將會(huì)點(diǎn)名當(dāng)前設(shè)備類型，查詢當(dāng)前設(shè)備類型的程序名稱，數(shù)量，地址信息等，匯總當(dāng)前設(shè)備類型的程序信息列表。

2）用戶選擇當(dāng)前設(shè)備類型下需要升級(jí)的程序以及程序文件，將程序文件信息發(fā)送給相應(yīng)待升級(jí)設(shè)備，待升級(jí)設(shè)備與自身信息進(jìn)行匹配比較，確認(rèn)是否升級(jí)，然后反饋升級(jí)確認(rèn)信息。當(dāng)至少有一臺(tái)設(shè)備需要程序升級(jí)時(shí)，允許進(jìn)入到程序正式燒錄階段。

3）待升級(jí)設(shè)備答復(fù)可以接收程序文件數(shù)據(jù)時(shí)，升級(jí)設(shè)備通過機(jī)組通訊網(wǎng)絡(luò)發(fā)送程序文件片段數(shù)據(jù)，校驗(yàn)無誤后，待升級(jí)設(shè)備完成片段燒錄，并將燒錄狀態(tài)反饋給升級(jí)設(shè)備，升級(jí)設(shè)備根據(jù)反饋信息，確定是否重發(fā)該片段數(shù)據(jù)。為提高程序升級(jí)可靠性，并且由于待升級(jí)設(shè)備通常性能有限，沒有足夠的空間一次性收發(fā)全部程序文件數(shù)據(jù)。因此，基于待升級(jí)設(shè)備的程序地址空間特性，同時(shí)考慮到升級(jí)過程的可靠聽，通常將程序文件拆分為數(shù)kb字節(jié)大小的片段，進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)處理。

4）當(dāng)待升級(jí)設(shè)備完成所有片段數(shù)據(jù)燒錄后，校驗(yàn)無誤后，待升級(jí)設(shè)備完成程序更新，可以完成跳轉(zhuǎn)以運(yùn)行新程序。

在程序升級(jí)過程中，一旦出現(xiàn)意外斷電，或者其他異常情況，導(dǎo)致程序升級(jí)失敗，可通過制定數(shù)據(jù)重發(fā)機(jī)制處理升級(jí)過程中的干擾[3]。由于待升級(jí)設(shè)備Bootloader部分始終存在，待升級(jí)設(shè)備可以再次進(jìn)入IAP狀態(tài)，以完成程序升級(jí)。

2 程序升級(jí)系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)

2.1 升級(jí)設(shè)備硬件設(shè)計(jì)

1）主芯片部分

主芯片部分是整個(gè)升級(jí)設(shè)備的核心，是實(shí)現(xiàn)程序升級(jí)功能的基礎(chǔ)。選擇一款具備機(jī)組通訊外設(shè)如CAN或者UART、USB接口、存儲(chǔ)設(shè)備接口如SD接口、液晶顯示接口等功能的主芯片，同時(shí)需具備一定的程序空間和RAM空間以及類似SDRAM或者DDR空間，可以滿足程序升級(jí)的需求。

2）通訊部分

升級(jí)設(shè)備控制器需具備通訊功能，可以接入機(jī)組網(wǎng)絡(luò)，識(shí)別通訊參數(shù)，與內(nèi)外機(jī)通訊，進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)。目前多聯(lián)機(jī)大多采用的CAN通訊，CAN通訊的無主通訊方式，短幀結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)幀抗干擾特性，可以很好的滿足設(shè)備程序升級(jí)所需的效率與高可靠性。

3）顯示部分

升級(jí)設(shè)備室需要在工程現(xiàn)場(chǎng)由專業(yè)人員進(jìn)行升級(jí)操作的，需要良好具備人機(jī)交互接口，通常采用電容觸摸屏，用戶進(jìn)行頁(yè)面操作，頁(yè)面反饋當(dāng)前程序升級(jí)相關(guān)信息。

4）存儲(chǔ)部分

程序升級(jí)設(shè)備需要存儲(chǔ)待升級(jí)設(shè)備的程序升級(jí)文件以及相關(guān)配置信息，以及存儲(chǔ)升級(jí)設(shè)備自身運(yùn)行所需的UI相關(guān)文件，通常采用SPI FLASH、eMMC等存儲(chǔ)方案。

5）其余部分

升級(jí)設(shè)備其余部分主要包括電源電路，提供升級(jí)設(shè)備正常工作的電源，電源的品質(zhì)與升級(jí)設(shè)備工作的抗干擾性有著重大影響。

2.2 升級(jí)設(shè)備軟件設(shè)計(jì)

多聯(lián)機(jī)設(shè)備程序升級(jí)系統(tǒng)中的升級(jí)設(shè)備軟件部分主要包括通訊部分、顯示部分、程序文件處理等。

通訊部分實(shí)現(xiàn)的功能是，通過主芯片通訊接口外設(shè)與機(jī)組網(wǎng)絡(luò)連接，自動(dòng)識(shí)別通訊波特率、極性等參數(shù)，加入到機(jī)組網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)用戶操作升級(jí)某類設(shè)備的程序時(shí)，發(fā)送程序升級(jí)相關(guān)指令與數(shù)據(jù)，接收來自于升級(jí)設(shè)備的狀態(tài)信息，根據(jù)狀態(tài)信息確定程序升級(jí)流程，完成升級(jí)設(shè)備與待升級(jí)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交互。

顯示部分主要是顯示機(jī)組網(wǎng)絡(luò)相關(guān)狀態(tài)參數(shù)，程序升級(jí)時(shí)，顯示待升級(jí)設(shè)備的運(yùn)行程序信息、數(shù)量信息等，以及程序升級(jí)文件的信息包括程序名稱、版本信息、程序大小、修改時(shí)間、校驗(yàn)信息等。在升級(jí)過程中，實(shí)時(shí)顯示升級(jí)進(jìn)度、狀態(tài)信息等。

程序文件的處理，包括待升級(jí)設(shè)備程序文件的導(dǎo)入、顯示、輸出等，為便于操作，通常升級(jí)設(shè)備具備類似USB、SD卡接口，如果是其他類型的如eMMC，通常需要對(duì)該類設(shè)備進(jìn)行文件系統(tǒng)格式化，掛載文件系統(tǒng)，便于文件管理。升級(jí)設(shè)備自身也需要移植文件系統(tǒng)，常見的如FATFS[4]。升級(jí)設(shè)備以文件的形式處理程序升級(jí)文件，包括程序文件信息的獲取，程序文件數(shù)據(jù)的解析等。

2.3 待升級(jí)設(shè)備軟硬件設(shè)計(jì)

作為程序升級(jí)系統(tǒng)中的待升級(jí)設(shè)備，硬件部分主芯片需具備通過機(jī)組網(wǎng)絡(luò)與升級(jí)設(shè)備進(jìn)行通訊以及運(yùn)行機(jī)組正常功能與程序升級(jí)功能。具備程序升級(jí)功能的主芯片，需具備IAP功能，待升級(jí)設(shè)備的通過Boolloader部分代碼，對(duì)片上程序存儲(chǔ)器完成擦除、編程、校驗(yàn)等功能，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行程序的更新。

待升級(jí)設(shè)備的軟件部分主要是Bootloader部分和應(yīng)用程序部分，程序升級(jí)更新的也是應(yīng)用部分程序。應(yīng)用部分主要用于實(shí)現(xiàn)機(jī)組正常功能，同時(shí)也可以識(shí)別升級(jí)設(shè)備發(fā)送的升級(jí)信息，當(dāng)確認(rèn)需要進(jìn)行程序升級(jí)時(shí)，應(yīng)用部分程序跳轉(zhuǎn)至運(yùn)行Bootloader部分程序，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用部分跳轉(zhuǎn)功能，可以在無需對(duì)待升級(jí)設(shè)備進(jìn)行硬件復(fù)位的情況下，進(jìn)入Bootloader部分，簡(jiǎn)化了程序升級(jí)操作。Bootloader部分是實(shí)現(xiàn)程序升級(jí)的部分，同時(shí)在此部分也可以識(shí)別升級(jí)設(shè)備發(fā)送的升級(jí)指令，避免由于應(yīng)用部分升級(jí)失敗或者其他原因?qū)е聼o法運(yùn)行的情況下，可以直接在Bootloader部分識(shí)別程序升級(jí)指令，進(jìn)入程序升級(jí)狀態(tài)。進(jìn)入程序升級(jí)流程后，Bootloader程序接收來自于升級(jí)設(shè)備的指令及程序數(shù)據(jù)，完成擦除、燒錄、校驗(yàn)等，并反饋燒錄狀態(tài)信息給升級(jí)設(shè)備，直至完成整個(gè)程序的燒錄。燒錄無誤后，可以自行跳轉(zhuǎn)運(yùn)行更新后的應(yīng)用部分程序，或者由硬件復(fù)位的方式、升級(jí)設(shè)備指令的方式運(yùn)行更新后的應(yīng)用部分程序。

3 測(cè)試驗(yàn)證與結(jié)論

實(shí)際測(cè)試中，多聯(lián)機(jī)設(shè)備通過CAN網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行批量程序升級(jí)，在一次性升級(jí)上百臺(tái)室內(nèi)機(jī)時(shí)，完成時(shí)間在10分鐘之內(nèi)，成功率為100 %；對(duì)于機(jī)組網(wǎng)絡(luò)中的通訊干擾以及異常情況下的升級(jí)中斷，通過各項(xiàng)容錯(cuò)機(jī)制，可以最終實(shí)現(xiàn)程序升級(jí)成功。

基于機(jī)組通訊網(wǎng)絡(luò)的多聯(lián)機(jī)設(shè)備程序升級(jí)系統(tǒng)，以批量的形式對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的機(jī)組進(jìn)行程序升級(jí)，具備效率高、可靠性高、成本低的特點(diǎn)，應(yīng)用于多聯(lián)機(jī)的工程項(xiàng)目中，可以大大降低售后維修的難度，減少由于售后處理對(duì)于用戶使用的影響，提升用戶的舒適度和滿意度。