針對嵌入式終端設(shè)備架設(shè)分散、數(shù)量龐大以及應(yīng)用程序更新迭代速度快帶來的程序升級困難局面，運用STM32微控制器的在應(yīng)用中編程（IAP）原理，設(shè)計了通過以太網(wǎng)遠(yuǎn)程升級程序的方案。

HTTP協(xié)議和LwIP協(xié)議的使用，不僅讓整個方案具備高安全性、可靠性。易用性，還有效降低了硬件資源的消耗。該方案穩(wěn)定、可靠、操作簡單，可以廣泛應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的IAP升級，具有較高的推廣價值。

引言

目前STM32設(shè)備程序升級的通用解決方案是使用在應(yīng)用中編程（IAP）原理進(jìn)行設(shè)計，通過串口、USB、4G無線模塊等通信方式將待升級程序文件傳輸至設(shè)備端，然后直接寫入用戶程序存儲區(qū)來實現(xiàn)。

在實際使用場景中，串口、USB的方式不支持遠(yuǎn)程操作，而4G無線模塊通信穩(wěn)定性較差，硬件成本較高。

針對上述問題，本文以某信號處理項目健康管理單元模塊為背景，開展使用以太網(wǎng)通信方式實現(xiàn)程序遠(yuǎn)程升級方法的研究，使用輕量化的通信協(xié)議以減少對內(nèi)存資源的占用，并提供精簡、安全的網(wǎng)頁操作界面供用戶使用。

LwIP協(xié)議

LwIP是一個小型開源的TCP/IP協(xié)議棧，有無操作系統(tǒng)的支持都可以運行，其實現(xiàn)的重點是在保持TCP協(xié)議主要功能的基礎(chǔ)上最大程序地減少對設(shè)備內(nèi)存的占用，以便在硬件資源緊張的嵌入式系統(tǒng)中使用。
其源代碼全部使用C語言實現(xiàn)，開發(fā)人員可以方便地實現(xiàn)跨處理器、跨操作系統(tǒng)的移植。

數(shù)據(jù)流向

基于LwIP內(nèi)核自身的內(nèi)存管理策略和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包管理策略，網(wǎng)卡數(shù)據(jù)傳入LwIP內(nèi)核的流程大致如下：當(dāng)網(wǎng)口接收到網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)產(chǎn)生一個中斷后就會釋放一個信號量，通知網(wǎng)卡接收數(shù)據(jù)區(qū)處理這些收到的數(shù)據(jù)，再將這些數(shù)據(jù)封裝成消息投遞到tcpip_mbox郵箱中，LwIP內(nèi)核線程得到這個消息后就對其進(jìn)行解析，根據(jù)消息中數(shù)據(jù)包的類型進(jìn)行處理，同時調(diào)用ethernet_input函數(shù)決定是否遞交到IP層。
如果是ARP包，內(nèi)核就不會遞交給IP層，僅僅只更新ARP緩存表；如果是IP數(shù)據(jù)包，則遞交給IP層去處理。

這樣的數(shù)據(jù)流向使內(nèi)核處理數(shù)據(jù)包的效率得到較大提升，且各層之間保持相對獨立，某一層并不需要指定下一層如何實現(xiàn)，僅需知道該層通過層間接口所提供的服務(wù)即可。用戶程序與內(nèi)核是完全獨立的，通過操作系統(tǒng)進(jìn)程間通信機制進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。

HTTP服務(wù)器

HTTP是用于從萬維網(wǎng)服務(wù)器傳輸超文本到本地瀏覽器的傳輸協(xié)議，它是基于TCP/IP通信的，使用“客服端-服務(wù)器”模型運作，是一個應(yīng)用層協(xié)議，可以用來傳輸服務(wù)器的各種資源，如文本、圖片、音頻等，本設(shè)計用它來傳輸應(yīng)用程序的二進(jìn)制文件。

資源管理

統(tǒng)一資源標(biāo)識符（URI）是一個通用的概念，由2個子集組成，分別是統(tǒng)一資源定位符（URL）和統(tǒng)一資源名稱（URN）。
URL是互聯(lián)網(wǎng)上用來標(biāo)識某一處資源的絕對地址，即通過資源的位置來標(biāo)識資源，使用它就能找到資源。
其通用格式如下：??/:@:/

;?#

URL不一定包含所有的組件內(nèi)容，常用的URL組件如表1所示。
本方案中升級網(wǎng)頁的地址http://192.168.0.12就是一個最簡單的URL，地址中的數(shù)字同時也是設(shè)備的IP地址，改變IP地址即可切換到局域網(wǎng)內(nèi)不同終端設(shè)備的升級網(wǎng)頁，有效提升程序升級效率。

HTTP報文

HTTP報文是在http應(yīng)用程序之間發(fā)送的數(shù)據(jù)塊，它包裹著請求數(shù)據(jù)交換的信息。
HTTP報文分請求報文和響應(yīng)報文，其結(jié)構(gòu)基本相同，分為：

1. 起始行，它描述請求或響應(yīng)的基本信息
2. 頭部，它使用關(guān)鍵詞-數(shù)值的形式詳細(xì)地說明報文
3. 實體，即實際傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，可以使純文本，圖片，視頻等二進(jìn)制數(shù)據(jù)。

一個完整的HTTP報文如圖所示，需要特別注意的是，頭部和實體之間有一個空行。

請求行
請求報文的起始行稱為請求行，它簡要描述了客戶端想要如何操作服務(wù)器的資源。
請求行的構(gòu)成：

1. 請求方法：GET/POST，表示對資源的操作。
2. 請求目標(biāo)，通常是一個URI，標(biāo)記了請求方法要操作的資源。
3. 版本，表示報文使用的HTTP協(xié)議版本。
   

狀態(tài)行
響應(yīng)報文的起始行又稱為狀態(tài)行，主要用來標(biāo)識服務(wù)器響應(yīng)的狀態(tài)。
狀態(tài)行的構(gòu)成：
4. 版本，表示報文使用的HTTP協(xié)議版本。
5. 狀態(tài)碼，一個3位數(shù)，用代碼的形式表示處理結(jié)果，比如200是成功，500是服務(wù)器錯誤。
6. 原因，作為數(shù)字狀態(tài)碼補充，是更詳細(xì)的解釋文字，幫助人理解原因。

總體架構(gòu)

系統(tǒng)主要由遠(yuǎn)程電腦主機、嵌入式終端設(shè)備組成，2者通過網(wǎng)線接入到同一局域網(wǎng)。
當(dāng)終端設(shè)備需要進(jìn)行程序升級時，在電腦主機端通過網(wǎng)頁登錄HTTP服務(wù)器，輸入用戶名和密碼進(jìn)入到程序升級網(wǎng)頁，然后選擇目標(biāo)程序文件并點擊升級按鈕，即可對設(shè)備程序進(jìn)行升級。

在嵌入式設(shè)備端，系統(tǒng)引導(dǎo)程序加載完畢后，首先檢查是否需要對設(shè)備程序進(jìn)行升級，若檢查到標(biāo)志位，則通過以太網(wǎng)接口接收目標(biāo)程序文件，校驗成功后燒寫到用戶應(yīng)用程序分區(qū)中，接著復(fù)位系統(tǒng)，便可運行升級后的用戶應(yīng)用程序；若為檢測到標(biāo)志位，則直接運行用戶原來的應(yīng)用程序。

相比采用串口、USB、無線模塊等實現(xiàn)的在線升級功能，本方案對于設(shè)備維護人員來說，無需進(jìn)行復(fù)雜的接線操作，免去上位機繁瑣的安裝及設(shè)置過程，只要電腦主機和設(shè)備端位于同一局域網(wǎng)即可。

LwIP支持的通信協(xié)議較為完整，支持多種編程接口，開源免費，其流暢運行只需要40kB的存儲空間和幾十kB的運行內(nèi)存，消耗的硬件資源較少。

升級代碼由跳轉(zhuǎn)檢測代碼和用戶程序燒寫代碼2部分組成，當(dāng)檢測代碼識別到升級標(biāo)志位后，系統(tǒng)則等待網(wǎng)絡(luò)中傳來的程序文件。程序文件傳送完畢且校驗無誤后，隨機跳轉(zhuǎn)到用戶程序區(qū)燒寫代碼，完成終端設(shè)備的程序升級工作。

跳轉(zhuǎn)代碼

為了區(qū)別IAP模式與正常運行的用戶程序，系統(tǒng)在初始化完外圍器件后需要讀取一個狀態(tài)標(biāo)志位來確定是否進(jìn)行用戶程序升級。
使用內(nèi)部存儲區(qū)的某個特定區(qū)域來存放升級標(biāo)志位，當(dāng)程序讀取到該標(biāo)志位后便進(jìn)入IAP模式，否則直接運行用戶應(yīng)用程序。

當(dāng)跳轉(zhuǎn)程序檢查棧頂?shù)刂泛戏ê蟊阍O(shè)置用戶代碼區(qū)第二個字位程序開始地址，接著初始化應(yīng)用程序堆棧指針，最后跳轉(zhuǎn)到應(yīng)用程序，等待接收升級文件。文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-672130.html

到了這里，關(guān)于HTTP模式下STM32程序遠(yuǎn)程升級設(shè)計的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請在右上角搜索TOY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！