實(shí)現(xiàn)多ARM節(jié)點(diǎn)通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信完成對(duì)批量節(jié)點(diǎn)的程序燒錄

一 總體設(shè)計(jì)和平臺(tái)簡(jiǎn)介

項(xiàng)目旨在實(shí)現(xiàn)多ARM節(jié)點(diǎn)通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信完成對(duì)批量節(jié)點(diǎn)的程序燒錄，如圖2.1所示。系統(tǒng)分為上位機(jī)、發(fā)射接收模塊和待燒錄節(jié)點(diǎn)三個(gè)部分，上位機(jī)通過(guò)ID號(hào)選擇待燒錄節(jié)點(diǎn)并通過(guò)無(wú)線(xiàn)模塊向下廣播燒錄數(shù)據(jù)，各被選擇節(jié)點(diǎn)通過(guò)無(wú)線(xiàn)模塊接收燒錄數(shù)據(jù)檢查無(wú)誤后存儲(chǔ)。上位機(jī)軟件設(shè)定待燒錄節(jié)點(diǎn)的ID、燒錄文件目錄、發(fā)送數(shù)據(jù)包大小、發(fā)送速率等參數(shù)后將數(shù)據(jù)打包傳送到基站，基站通過(guò)無(wú)線(xiàn)發(fā)射模塊廣播數(shù)據(jù)。

圖2.1 多節(jié)點(diǎn)無(wú)線(xiàn)批量燒錄示意

整體思想是利用已有的代碼和目標(biāo)代碼進(jìn)行比較。將兩者的差異通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)(802.15.4)廣播出去。在每個(gè)接受節(jié)點(diǎn)根據(jù)收到的差異文件(也就是補(bǔ)丁文件patch)，對(duì)原有代碼進(jìn)行修改(patching的過(guò)程)以達(dá)到更新程序的目的。

總體上來(lái)說(shuō)本項(xiàng)目有兩大難點(diǎn)，涉及到巧妙的算法設(shè)計(jì)。

1、如何用盡可能少的字節(jié)數(shù)，來(lái)表示不同代碼之間的差異？

2、如何確保可靠性傳輸？

關(guān)于問(wèn)題1，我們知道要待傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)越少，對(duì)通信的要求越低。更新程序的效率也會(huì)更高。而且少的字節(jié)數(shù)也意味著丟更少的包。關(guān)于問(wèn)題2，由于我們是要對(duì)代碼進(jìn)行修正，所以一個(gè)字節(jié)的錯(cuò)誤可能就會(huì)造成整個(gè)程序的崩潰。這對(duì)嵌入式程序，特別是運(yùn)行在成千上萬(wàn)個(gè)節(jié)點(diǎn)上的程序是不可接受的，必須保證100%的正確接受。除此兩大難點(diǎn)（也是關(guān)鍵點(diǎn)）之外，還有一些別的附加要求。如果滿(mǎn)足了能夠提高系統(tǒng)的持久性。分別是：

1、使用盡可能小的RAM。因?yàn)榍度胧叫酒腞AM普遍珍貴。

2、消耗盡可能少的能量。

3、更新速度盡可能的快。

項(xiàng)目使用的硬件平臺(tái)是我們自制的智能小車(chē)eMouse 。平臺(tái)采用 TI公司32位Stellaris ?LM3S1968微處理器，工作頻率為50MHz，內(nèi)含256 KB單周期Flash和64 KB單周期SRAM，flash支持可由用戶(hù)管理的塊保護(hù)和數(shù)據(jù)編程；板上Zigbee模塊通過(guò)串口與CPU通信，模塊僅提供MAC層服務(wù)，CPU與模塊間以MAC幀的形式通過(guò)串口傳遞數(shù)據(jù)。eMouse外觀(guān)如圖2.2所示。

圖2.2 硬件平臺(tái)eMouse

項(xiàng)目開(kāi)發(fā)系統(tǒng)環(huán)境為Ubuntu9.04，程序編譯和下載工具分別為開(kāi)源的sourcery G++和Openocd，用戶(hù)界面采用java語(yǔ)言編寫(xiě)。

以下章節(jié)將對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)作詳盡的論述。

二 程序更新設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

一些傳統(tǒng)的更新方法注重代碼本身的特點(diǎn)。比如以函數(shù)為基本的更新單位。在每個(gè)節(jié)點(diǎn)上運(yùn)行一個(gè)動(dòng)態(tài)鏈接器，將新的函數(shù)重新鏈接到原程序。其實(shí)代碼本身可以將其視為一串二進(jìn)制的文本文件。代碼的更新即是從一串舊的文本更新為一串新的文本。

為此我們定義了一系列基本的更新操作命令，以及兩個(gè)輔助的索引指針：in_index以及out_index。in_index代表輸入文件當(dāng)前的索引值，而out_index代表輸出文件當(dāng)前的索引值。

基本的命令如下：

Copy:將in_index所指的字節(jié)復(fù)制到out_index處，并且in_index和out_index分別加1。

Replace A:將當(dāng)前out_index所指的字節(jié)用A來(lái)替換，并且in_index和out_index分別加1。

Delete:in_index加1,out_index不變。實(shí)際為刪除in_index所指的字節(jié)

Insert A:在當(dāng)前out_index處插入A，in_index不變,out_index加1。

Kill:表示刪除in_index后所有的原程序代碼。

其中包含了如下的子問(wèn)題：

2.1 命令的表示

通過(guò)上面所說(shuō)的基本命令的組合，我們可以表示出從一個(gè)舊文件到一個(gè)新文件的過(guò)程。隨之帶來(lái)了一個(gè)問(wèn)題。這些命令應(yīng)該如何表示才能盡可能的降低補(bǔ)丁文件(命令的組合)的大??？

有幾個(gè)需要注意的地方：

如果有連續(xù)的Copy命令，我們可以將其合并成一條命令，只要在Copy后加上表示長(zhǎng)度的Length參數(shù)即可。

同理，如果有連續(xù)的Delete命令，也可以將其合并成一條命令，只要在Delete后加上表示長(zhǎng)度的Length參數(shù)即可。

如果可以利用Replace命令，就不要用Delete和Insert命令的組合。這其實(shí)是另一重要的子問(wèn)題:如何根據(jù)這些命令產(chǎn)生盡可能少補(bǔ)丁文件？

有五條基本命令，這樣為了區(qū)別這五條命令，至少需要3個(gè)比特。

由于大多數(shù)情況下，更新的大多數(shù)是程序的參數(shù)。也就是說(shuō)Copy命令的數(shù)目遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他命令。我們定義這5條命令如下表所示：