輸送機(jī)控制器在線程序升級(jí)方案設(shè)計(jì)

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摘要：針對(duì)目前煤礦井下用帶式輸送機(jī)控制器現(xiàn)場(chǎng)程序升級(jí)不方便、操作繁瑣等問題，提出了一種基于IAP和CAN總線的在線遠(yuǎn)程程序升級(jí)方案。建立了基于CAN總線的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，首先由防爆計(jì)算機(jī)將程序文件通過CAN總線下傳到帶式輸送機(jī)控制器，再通過控制器內(nèi)部的Bootloder啟動(dòng)程序?qū)⒛繕?biāo)代碼寫入指定的存儲(chǔ)器區(qū)域。介紹了升級(jí)網(wǎng)絡(luò)的整體結(jié)構(gòu)；分別介紹了升級(jí)程序結(jié)構(gòu)以及流程；通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證功能完全可行，為礦井同類型控制器的程序更新提供了思路。

關(guān)鍵詞：IAP；帶式輸送機(jī)控制器；CAN

0引言

隨著自動(dòng)控制技術(shù)的不斷發(fā)展，煤礦井下以單片機(jī)為CPU的帶式輸送機(jī)控制器越來越多。隨著礦井下工況的不斷變化或者是使用環(huán)境的不同，需要對(duì)礦井帶式輸送機(jī)控制器進(jìn)行程序改進(jìn)。但是礦井下環(huán)境復(fù)雜，所有的控制器都安裝在防爆外殼內(nèi)。井下設(shè)備在上電時(shí)是不允許開啟外殼的，所以傳統(tǒng)的程序升級(jí)方式例如JTAG和ISP等是無法在井下使用的，因此采用在線的方式對(duì)程序進(jìn)行升級(jí)。針對(duì)此問題本文設(shè)計(jì)了一種利用CAN總線遠(yuǎn)程對(duì)嵌入式處理器進(jìn)行程序升級(jí)的方法。整體的程序更新流程是將程序存儲(chǔ)到U盤中，通過防爆計(jì)算機(jī)將程序讀出然后通過CAN總線遠(yuǎn)程傳輸?shù)侥繕?biāo)CPU上，CPU在接收到程序數(shù)據(jù)后利用自帶的IAP功能程序?qū)⒛繕?biāo)程序存儲(chǔ)到指定位置，然后啟動(dòng)目標(biāo)程序。

1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和IAP實(shí)現(xiàn)原理

1.1控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

控制系統(tǒng)由兩級(jí)結(jié)構(gòu)構(gòu)成。上層為防爆計(jì)算機(jī)，主要功能是遠(yuǎn)程控制、參數(shù)顯示以及程序升級(jí)等；底層是帶式輸送機(jī)控制器，其主要功能是將傳感器采集到的信號(hào)收集處理后上傳，同時(shí)發(fā)出控制命令，或者是接收上位機(jī)發(fā)送的控制命令并執(zhí)行。這兩級(jí)結(jié)構(gòu)之間是通過CAN通信的方式實(shí)現(xiàn)信息交互的。1.2IAP實(shí)現(xiàn)原理在應(yīng)用編程（IAP），其功能特點(diǎn)是能夠利用預(yù)先下載好的啟動(dòng)程序?qū)刂破鞯腇lash區(qū)域進(jìn)行在線編程。帶式輸送機(jī)控制器CPU的Flash區(qū)域是由2部分組成的，分別是RWW（可以同時(shí)讀寫的區(qū)域）以及NRWW（不可以同時(shí)讀寫的區(qū)域）。IAP的工作原理是首先由用戶編寫引導(dǎo)程序，然后利用JTAG或者是ISP方式將其下載到微控制器的BootLoader中。而根據(jù)BootLoader特點(diǎn)可知其位于不可以同時(shí)讀寫的區(qū)域中。在BootLoader區(qū)域中不存在引導(dǎo)程序則系統(tǒng)上電后是按照方式1進(jìn)行啟動(dòng)的。方式2是BootLoader總存在引導(dǎo)程序，并觸發(fā)時(shí)的系統(tǒng)啟動(dòng)過程。對(duì)于產(chǎn)品來說，BootLoader中的引導(dǎo)程序必須在出廠前下載到存儲(chǔ)器中。

2帶式輸送機(jī)控制器硬件結(jié)構(gòu)

帶式輸送機(jī)控制器使用的CPU為NXP公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)的LPC1788微控制器。該CPU為32位處理器，主頻120MHz具有優(yōu)秀的處理能力，經(jīng)過多年的工業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)級(jí)的BUG基本沒有，微控制器設(shè)計(jì)的最小系統(tǒng)采用JTAG接口作為下載接口。預(yù)留的BootLoader區(qū)域大小為45kB。同時(shí)由于其內(nèi)部集成了IAP和CAN通信接口完全支持CANV2.0B技術(shù)規(guī)范，最高通信速率能夠達(dá)到1Mbps，所以非常適合本設(shè)計(jì)使用。外部使用的CAN總線收發(fā)器芯片為TJA1050T，該芯片是由PHILIP公司研制生產(chǎn)的高性能、高集成度的CAN芯片。該芯片在本系統(tǒng)中的主要作用是協(xié)議控制和物理總線接口，能夠提供差動(dòng)的收發(fā)性能。為了更好地控制程序的升級(jí)，在硬件系統(tǒng)中加入了2個(gè)按鍵，1個(gè)用于控制系統(tǒng)復(fù)位，1個(gè)用于控制程序升級(jí)。

3IAP相關(guān)程序設(shè)計(jì)

3.1帶式輸送機(jī)控制器IAP程序設(shè)計(jì)

如前文所述，LPC1788微控制器的內(nèi)核在啟動(dòng)時(shí)可以利用地址的不同實(shí)現(xiàn)從IAP程序到APP程序之間的跳轉(zhuǎn)。IAP升級(jí)流程如圖3所示。程序啟動(dòng)后如果沒有升級(jí)的需求也就是控制程序升級(jí)的按鍵沒有按下，則程序便跳轉(zhuǎn)到APP程序中執(zhí)行；如果有升級(jí)需求，則進(jìn)入到IAP引導(dǎo)程序中，首先是將CAN通信初始化，然后開始程序數(shù)據(jù)的下載也就是Flash的擦除和寫入。完全下載完畢后程序指針PC便跳入到APP程序中執(zhí)行。為了防止程序更新失敗，本設(shè)計(jì)中加入了判別方法，如果程序指針指向的地址是RAM地址，說明程序下載成功，可以繼續(xù)執(zhí)行。具體代碼：if(((*(__IOuint32_t*)ApplicationAddress)&0x2FFE0000)==0x20000000);其中，ApplicationAssress指針變量地址里存放的是用戶APP程序的入口地址。接收初始化程序：intReceive_Init(void){targetInit();/*初始化目標(biāo)板，切勿刪除*/pinInit();/*引腳初始化*/IAP_Init();CAN_Init();/*初始化CAN*/messageSend();/*發(fā)送提示信息*/memset(GucIapTmp,0,4096);/*緩沖區(qū)清零*/}當(dāng)所有的程序初始化完成以后便可以接收目標(biāo)程序，將其存放到指定的Flash區(qū)域里。本文設(shè)計(jì)使用的編程軟件是KeilMDK5。由于MDK5自身編譯生產(chǎn)的是HEX文件，所以需要調(diào)用fromelf.exe程序來使其轉(zhuǎn)化為bin格式的文件。然后下載到U盤中。

3.2程序代碼發(fā)送流程

程序升級(jí)時(shí)首先需要認(rèn)證操作人員的權(quán)限，以免誤操作造成事故的發(fā)生。升級(jí)代碼時(shí)首先要在控制器上操作，使其處于升級(jí)狀態(tài)。然后在防爆計(jì)算機(jī)相應(yīng)軟件中選擇需要下載的bin文件。然后依據(jù)CAN總線的通信協(xié)議進(jìn)行發(fā)送，為了避免發(fā)送錯(cuò)誤，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了校驗(yàn)機(jī)制，每發(fā)送1幀數(shù)據(jù)必須在收到反饋信號(hào)后才發(fā)送第2幀，否則就重新發(fā)送直到發(fā)送成功為止。當(dāng)發(fā)送完畢后將接收標(biāo)志位取消。

4調(diào)試與驗(yàn)證

在實(shí)驗(yàn)室條件下對(duì)帶式輸送機(jī)控制器程序進(jìn)行了調(diào)試。通過“選擇程序”按鈕從電腦硬盤中選中需要的bin文件，然后點(diǎn)擊下載便可以將程序下載到目標(biāo)控制器中。現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試時(shí)升級(jí)1臺(tái)控制器的程序僅需要7s，完全能夠符合礦井生產(chǎn)的需求。

5結(jié)語

本文設(shè)計(jì)了一種基于IAP的礦井帶式輸送機(jī)控制器在線升級(jí)程序的方法。通過此方式可以在不打開防爆外殼的前提下遠(yuǎn)程對(duì)目標(biāo)控制器進(jìn)行程序升級(jí)，在提高安全性和可靠性的基礎(chǔ)上降低了維護(hù)成本，為礦井同類型控制器設(shè)計(jì)提供了經(jīng)驗(yàn)。

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作者：武林海 單位：晉中市煤炭規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院