远程自动抄表系统BootLoader的设计

2016-06-14张国勤国电南瑞三能电力仪表南京有限公司

科学中国人 2016年14期

关键词：嵌入式应用程序远程

张国勤国电南瑞三能电力仪表（南京）有限公司

张国勤
国电南瑞三能电力仪表（南京）有限公司

摘要：为了方便基于ARM体系的电力远程抄表系统中的功能应用程序的变化更新，特将程序划为二部分，一部分为引导程序(BootLoader)；另一部分为功能应用程序。引导程序的主要功能是加载或升级功能应用程序。

关键词：电力远程抄表系统；BootLoader

现今移动设备得到了广泛的应用和发展，嵌入式系统受到了更多的关注和发展。随着计算机和微电子技术的发展，微控制芯片的功能也越来越强大，从而得到了越来越广泛的应用。嵌入式系统在功耗、成本、可靠性及硬件的体积大小等方面有着相当严格的要求。随着技术的发展，UCOS、linux、WINCE等操作系统也对嵌入式系统进行了成熟稳定支撑，这也提高了处理器的要求。当今，ARM体系的微处理器精简指令构架及其兼顾复杂指令的设计，使其做到了高性能低功耗，从而得到了广泛的应用。

本文主要研究的是采用ARM体系的电力远程抄表终端的BootLoader的设计与实现。BootLoader是电力远程抄表终端中执行功能应用程序前的一段程序，它的作用主要是升级或加载功能应用程序。

1　硬件设计

BootLoader的硬件平台是根据整个电力远程抄表的需求，选择合适的硬件环境，从而以最优的性价比实现系统的功能为原则而选择的。本系统的硬件平台是经过慎重考虑后选择了基于512kB程序空间的ARM微控制器搭建起来的。

2　软件分解

BootLoader程序分为上下两层，分别是硬件驱动与应用层。底层驱动包含串口通信、定时器、SPI、DATAFLASH、外扩RAM与LCD显示等。应用层主要含有升级信息检测、接收待升级的应用软件、软件跳转、程序加载，升级进度显示等五大功能。

2.1硬件驱动

硬件驱动主要实现对芯片资源的直接访问，硬件驱动接口提供了应用层访问硬件资源的一个接口。

2.2应用层

图1　工作流程图

上述提到应用部分主要实现升级信息检测、接收待升级的应用软件、软件跳转、程序加载，升级进度显示等五个功能。工作流程图如图1所示。

3　地址分配

BootLoader软件设计完成后，接着需要设计BootLoader的存放位置、功能应用程序的存放位置。严密准确的地址分配，才能避免相互冲突，系统失控。

ARM系统复位后，首先从物理地址0x00000000开始运行，该地址是MCU预先设定的。我们设计BootLoader程序在此处运行，当BootLoader运行到程序的末尾时，程序将跳转到预定的功能应用程序地址0x00008000继续运行。为BootLoader预留的程序空间是32KB，下图2为具体的地址分配图：

图2　地址分配图

4　设计应用

本公司的电力远程抄表终端在多个省份已广泛使用，本节介绍BootLoader在设计使用中遇到的瓶颈。

4.1程序空间大小限制

在设计使用中，由于我们选用的ARM芯片总的程序空间只有512kB，我们的主应用程序使用程序空间已达到470kB左右，这样留给BootLoader的空间实际不到40kB，为了给主应用程序空间留点余量，我们将BootLoader程序空间预留了32kB，在设计完基本的串口升级，存储、显示简单的页面等功能后，BootLoader程序空间已达到了30kB左右，如果要在BootLoader中实现GPRS升级以及图片显示等功能，程序空间已不足。

4.2接收缓存、速率限制

目前的BootLoader串口升级最大每帧可达10240字节，速率为57600bps，升级完一个功能应用程序(470kB)需47帧左右，如果增大每帧字节数，速率必须降低，否则容易出现丢字节；如果增加速率，每帧最大字节数必须减少，否则也会出现丢字节，经过反复的验证，每帧10240字节，速率57600bps是基于该芯片(最高主频可达72MHz)最优最快的程序升级配置。