隨著嵌入式操作系統技術的發展，在網絡終端設備中有越來越廣泛的應用。在實際使用中，為了擴展業務功能、解決軟件中存在的問題和提升設備性能，或者為了滿足設備的定制業務(如廣告業務)，需要對嵌入式設備的軟件系統或者資源文件及時進行更新，就是軟件系統的升級業務。目前，嵌入式設備軟件更新有2種方式：一種是在本地使用PC機通過串口(或者網口)將軟件下載到設備中完成軟件系統的升級；另一種是利用網絡進行在線升級。前者只能在本地進行軟件升級操作，不能夠批量更新，適合于實驗室調試使用，而后者能夠對網絡中在線終端進行批量升級，得到廣泛的應用。實際上，軟件在線升級已經成為網絡終端設備的一項基本功能，軟件在線升級的方案不同，升級過程的特點和安全性也不相同。

1 系統軟件升級常用方案

網絡終端設備的系統軟件保存在FLASH中，系統啟動時把系統軟件加載到內存中運行，軟件升級的本質是從網絡下載新的系統軟件內容，把原來系統軟件內容擦除，然后寫入新的系統軟件，系統重啟后加載新的系統軟件。常用的升級方案包括單系統升級方案和雙系統升級方案：

(1)單系統升級方案(如圖1所示)：系統啟動后進行正常的業務功能，此時網絡后臺檢測終端版本號判斷是否有新版本可升級，如果檢測到當前終端的版本號低于最新版本號，則立即從網絡下載升級包啟動升級過程，在用戶進行業務功能的過程中后臺完成對于原系統軟件的擦除，并寫入新的系統軟件和更新當前版本號。該升級過程對于用戶是透明的，用戶只有在終端重啟后再加載新的系統軟件。但是該升級方案的安全性比較弱，因為如果內容擦除后終端斷電或者重啟，則終端中系統軟件被破壞，沒有可用的系統軟件，終端以后再不能正常啟動，必須技術支持人員到現場完成軟件修復升級。另外，如果新寫入的系統軟件因為網絡傳輸或者其他原因存在錯誤時，也會上面的結果。這種升級方案存在較明顯的安全性缺陷，現在已經較少使用。

(2)雙系統升級方案(如圖2所示)：為了增強升級過程的安全性，出現了雙系統的升級方案，通常的處理是終端中存在一個基本運行系統和一個正常運行系統，分別處于FLASH的不同分區中，基本運行系統只用于升級正常運行系統軟件，正常運行系統完成用戶的正常業務。業務過程中自動從網絡檢測最新版本號，判斷是否需要升級系統軟件，如果檢測到有需要升級的系統軟件，則終端設置從基本運行系統啟動并提示用戶重啟系統。終端從基本運行系統啟動后，從網絡下載正常運行系統軟件并完成升級過程，寫入完成后更新當前版本號，設置從正常運行系統啟動后重啟，終端從正常運行系統啟動，進行正常的用戶業務。

該升級方案克服上單系統升級方案中安全性的缺陷，升級過程中如果出現終端異常斷電或者重啟，只有正常運行系統軟件的被破壞，最小備份系統保持正常是升級功能，系統重啟后繼續從最小備份系統啟動，完成系統升級功能。目前網絡設備中常會使用該升級，但這種升級方案每次都需要重啟系統，且用戶需要停止業務進行系統軟件的升級，整個升級過程用戶只能等待，對于現在用戶體驗越來越重要的終端設備，該升級方案有較明顯的易用性缺陷。

2 基于關鍵點控制的系統軟件升級方案

基于關鍵點控制的升級方案是針對于上述雙系統升級方案的優化和改進，通過業務分析和統計，為了修改增強業務功能或者修改BUG，終端升級的絕大部分場景是需要升級正常運行系統，如果能夠實現在正常運行系統中能夠升級自身，升級過程對用戶透明，則能夠解做到絕大部分升級過程用戶不可見。同時由于基本運行系統也會存在BUG或者需要增強功能，也有需要升級基本運行系統的情況。

本方案通過在系統中設定關鍵點，在升級過程中通過關鍵點值控制升級的流程，保證系統軟件升級安全性，同時做到升級過程對用戶透明，而且除了能夠升級正常運行系統外還可以升級基本運行系統(如基本運行系統中存在BUG需要修改時)，增強了終端的靈活性，另外升級過程引入了XML格式的升級控制文件，有效的控制了網絡版本的兼容性。關鍵點記錄了當前系統軟件的狀態。根據當前系統軟件狀態的不同，軟件升級的流程不同，在基本運行系統和正常運行系統中都包含下面的關鍵點，各個關鍵點的取值和代表含義如下：

(1)系統啟動未驗證(SSNV)：系統升級完成后沒有啟動過，此時不能保證系統能夠正常啟動，不能保證系統能夠運行業務功能，即沒有驗證系統的升級功能；正常運行系統處于SSNV狀態時，不能在該正常運行系統下升級基本運行系統，否則可能會出現2個系統都不能正常啟動的狀態。同樣基本運行系統處于SSNV狀態時，不能在該基本運行系統中升級正常運行系統。

(2)系統升級未驗證(SUNV)：系統已經正常啟動，業務功能正常運行，但沒有驗證系統的升級功能。如果正常運行系統的升級功能沒有驗證，則不能在該系統下升級基本運行系統，否則可能會造成基本運行系統被破壞，同時正常運行系統沒有升級功能的情況，以后終端再也不具有在線升級的功能。同樣基本運行系統處于SUNV狀態時，不能在正常運行系統中直接升級正常運行系統本身，需要重啟進入基本運行系統進行升級；

(3)系統升級已驗證(SUV)：系統除了業務功能正常外，升級功能已經驗證過，能夠進行正常的升級。該狀態表明系統功能完全經過驗證，如基本運行系統處于SUV狀態，則在正常運行系統中可以自動升級自身，正常運行系統處于SUV狀態時，可以在正常運行系統中升級基本運行系統。

升級方案的具體控制流程中包含了關鍵點控制和判斷使用的時機，終端啟動后判斷從哪個系統啟動，如果從正常運行系統啟動成功，此時假設正常運行系統的關鍵點狀態為SSNV狀態，則設置為SUNV狀態(如圖3所示)。

系統運行過程中檢測到有新版本需要升級正常運行系統，則判斷基本運行系統的關鍵點狀態，如果為SUV狀態，則直接在正常運行系統中升級該升級包，否則需要設置從基本運行系統啟動，并重啟終端后在基本運行系統中升級該升級包。如果檢測到需要升級基本運行系統，則判斷正常運行系統關鍵點狀態，如果為SUV狀態，則直接在基本運行系統中升級該升級包，升級完成后設置正常運行系統的關鍵點狀態為SSNV狀態，否則忽略該升級包(如圖4所示)。在基本運行系統啟動成功，如果此時基本運行系統的關鍵點狀態為SSNV狀態，則設置為SUNV狀態(如圖5所示)。基本運行系統的主要功能就是完成正常運行系統的升級。啟動后如果檢測到有新版本需要升級正常運行系統，則下載該升級包進行升級業務，升級完成后設置正常運行系統的關鍵點狀態為SSNV狀態，并表示基本運行系統的關鍵點狀態為SUV狀態(如圖6所示)。

通過上述的關鍵點控制，該升級方案保證了任何情況下都有一個系統是能夠正常運行升級系統，不會出現終端因為升級過程斷電等因素造成升級失敗后，不能再自動恢復的問題，對終端升級的安全性有較大的提升。例如在正常運行系統中升級正常運行系統時，基本運行系統保證是SUV狀態，如果出現斷電情況，終端重啟后進入基本運行系統中可以把正常運行系統升級；在正常運行系統中升級基本運行系統時，正常運行系統保證是SUV狀態，如果出現斷電情況，終端重啟后進入正常運行系統可以繼續升級基本運行系統；在基本運行系統中升級正常運行系統時，基本運行系統保證是SUV狀態，如果出現斷電情況，終端重啟后進入基本運行系統可以繼續升級正常運行系統。該升級方案中不允許在基本運行系統中升級自身。

3 結語

該方法在醫療呼叫系統中進行了應用與驗證，嵌入式系統基于S3C2440處理器，負責系統中醫療信息的發布、查詢，語音呼叫及醫療增援服務，其中床頭機、醫護機、門口機均采用該系統，醫療呼叫系統需要全天候工作，不可能指定時間對系統升級，且升級過程需要用戶不可見，通過應用本方法能夠方便的升級系統軟件，以修復軟件BUG或者增強軟件服務。升級過程中用戶不可見，且升級完成后不需要重啟終端，對于升級的易用性和友好性有較大改進。

本文分析了常用的網絡終端設備在線升級的方案，在保證在線升級過程安全的基礎上，通過對雙系統升級方法的優化和改進，通過關鍵點狀態的記錄和判斷，實現了絕大部分情況下，可以在正常運行系統中直接升級正常運行系統，升級完成后不需要重啟系統，做到升級過程對用戶透明。同時在原來只能升級正常運行系統的基礎上，支持升級基本運行系統的功能，對于提升網絡終端設備在線升級的易用性和安全性有較大的幫助。

 

STM32/STM8

意法半導體/ST/STM