【经验】一种GPRS燃气表远程OTA升级的方法

时间： 2018-06-26 来源：世强

燃气表安装在用户家中，使用寿命10年。如果固件出现问题，需要升级。将燃气表拆下，返厂升级，成本太高。笔者在一个GPRS燃气表项目中应用一种远程OTA升级的方法，解决上述问题。

GPRS燃气表项目远程OTA升级方案

在燃气表OTA升级方案中，主要有3部分主要内容。一是单片机要选择大Flash的，要分出两块大的存储区域用于存储应用程序1和应用程序2；二是燃气表在出厂时要烧写2个程序，分别是bootloader程序和默认的应用程序1，bootloader程序下载地址在最前面，最先被执行；三是要有时钟模块和GPRS模块。时钟模块用于定时唤醒单片机启动GPRS通讯，GPRS模块与后台服务器通讯下载最新的应用程序。OTA升级的关键在于，如果正在执行应用程序1，那么升级包要下载到应用程序2的Flash区域中。如果正在执行应用程序2，那么升级包要下载到应用程序1的Flash区域中。避免下载中途失败造成系统瘫痪。

GPRS燃气表项目远程OTA升级

1、Flash分区

将单片机Flash分成编号为1—4的4块区域，1号区域为单片机的bootloader程序，上电后第一个被执行。2号区域用于存储燃气表一些参数，定义其中一个字节用于标识应该执行应用程序的位置。例如0x01执行应用程序1，0x02执行应用程序2。3号区域为应用程序1，4号区域为用户应用程序2。

例如GPRS燃气表的应用程序一般不会超过50K，选用128KFlash的单片机，1号区域分配8K，地址为0x8000000—0x8001FFF；2号区域分配20K，地址为0x8002000—0x8006FFF；3号区域分配50K，地址为0x8007000—0x80137FF；4号区域分配50K，地址为0x8013800—0x801FFFF。

2、出厂程序烧写顺序和执行顺序

燃气表出厂程序烧写顺序为：单片机首先烧写bootloader程序，bootloader程序烧写起始地址为0x8000000，大小不能超过8K；再烧写应用程序1，应用程序1烧写起始地址为0x8007000，大小不能超过50K。

燃气表上电执行顺序为：燃气表上电首先执行起始地址为0x8000000的bootloader程序，bootloader程序从2号区域中读取“用于标识应该执行应用程序的位置”的字节，如果是0x01程序指针跳转到0x8007000执行应用程序1，如果是0x02程序指针跳转到0x8013800执行应用程序2，燃气表首次出厂时，标识字节读出默认为“0xFF”，bootloader程序判断如果是“0xFF”跳转到0x8007000执行应用程序1，并将标识字节写成 “0x01”。

3、OTA升级顺序为：

燃气表定时连接后台服务器，服务器查看是否有高版本的燃气表固件程序（BIN文件格式）。如果有服务器下发OTA升级请求指令，燃气表回复准备好。服务器将程序包分包采用一问一答的形式下发，最后一包结束后，服务器下发OTA升级结束指令，燃气表收到结束指令后，重新启动，执行新版本的应用程序。

燃气表在OTA升级前，读取“用于标识应该执行应用程序的位置”的字节，如果是0x01，将升级包写在起始地址为0x8013800的4号Flash区域，并将标识字节写成 “0x02”；如果是0x02，将升级包写在起始地址为0x80070000的3号Flash区域，并将标识字节写成 “0x01”；每次写标识字节必须确保收到服务器下发OTA升级结束指令。

服务器每次升级燃气表交替将程序下载到Flash 3区和4区，重启后通过读取标识字节，执行最新升级的应用程序。这样保证即本次升级不成功，也会保持老版本程序运行。

GPRS燃气表项目远程OTA升级模块选型

在OTA升级这个项目中，最主要的功能模块是单片机和GPRS模块，对这两部分模块选型如下：

1、单片机

在笔者参与的该项目中，对MCU主要是Flash大小、RTC、LCD驱动、UART和低功耗的要求，具体如下：

1) Flash：GPRS燃气表的应用程序一般不会超过50K， 2套应用程序加上bootloader和存储参数的区域，Flash的大小应在128（KB）～256（KB）。

2)支持UART接口，与物联网模块通讯；

3)支持RTC，定时连接后台服务器；

4)支持低功耗模式；燃气表电池供电要工作一年以上；

5) 支持LCD驱动，至少4*32段；

针对上述要求，笔者选择了SILICON LABS EFM32LG880F128-QFP100。经过对功能的比较确认，这款MCU可以很好的满足控制器对MCU的要求。

EFM32LG880F128-QFP100具体相关参数如下：

1）Flash 128 KB；
2）UART 2个；

3）支持RTC；

4）低功耗模式：0.4 µA @ 3 V 关断模式RTC运行； 0.95 µA @ 3 V 深度睡眠模式；

5）支持LCD驱动 8*32；

另外EFM32LG880F128-QFP100有很好的扩展性。EFM32LG880F256-QFP100的Flash是256K，如果2套应用程序比较大，可以考虑。

2、GPRS模块

对GPRS模块主要是高可靠性、小尺寸和低功耗的要求。笔者在设计中选择LONGSUNG的A9500模块。A9500是基于高通 MDM9206的LTE CatM / CatNB1蜂窝模块，专为全球IOT和M2M市场而设计。 A9500是一款高性价比、有竞争力的模组产品。产品具有以下的重要特点：

· 小尺寸的LCC封装：产品的尺寸仅为26.0×24.0×2.5mm，小尺寸的模组可减小最终产品的尺寸，提高产品集成度。

· 高可靠性

· 关机漏电流：50uA

A9500 LTE/NB-IOT模块可为燃气表OTA升级提供无线数据传输通道, 将燃气表的相关参数和状态数据上传到无线网络，到燃气公司实现云端存储和管理。利用龙尚的A9500，实现了燃气表的联网，将终端用户和燃气公司进行了有效链接。

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用户50283199 Lv7. 资深专家 2020-09-26

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