一种压缩分帧加密算法的远程更新方法及系统

技术领域

本发明涉及智能硬件领域，尤其涉及一种压缩分帧加密算法的远程更新方法及系统。

背景技术

在显示器系统的设计与开发过程中，需要对显示器内部的视频处理固件和背光、触摸等固件进行版本迭代和优化升级。对于处理器的加载和集成芯片的配置大多数都是采用本地方式：使用专用仿真器将配置程序加载到芯片中，或者固化在FLASH、EEPROM等非易失存储器中，对于已经安装和集成完整的显示器再进行固件版本更新。如果受限于专用仿真器进行固件版本更新，需要对显示器进行重新拆卸和安装，使用仿真器进行烧写时，由于数据量比较大，需要更新的节点比较多，需要通过仿真器对显示固件、背光固件、本地管理固件、触摸固件等依次进行烧写，每一项固件的更新都需要对显示器内部模块进行拆卸和安装。完成一台显示器的固件更新需要的时间和人力成本比较大，在批量生产时，将花费巨大的时间和人力成本。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供了一种压缩分帧加密算法的远程更新方法及系统，提供统一的上位机远程更新的方法，降低烧写难度和复杂度，提高设备的可靠性。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

本发明提供了一种压缩分帧加密算法的远程更新方法，HID接收上位机的数据，然后通过MCU的内部转换，将固件数据存储到MCU和FPGA同时挂载的SPI FLASH中。

进一步，所述上位机，包括以下步骤：

S101、当用户选择了固件数据并点击了开始更新按钮后，上位机通过HID协议获取MCU读到的FPGA的固件版本号，并在界面上进行显示；

S102、获取到FPGA固件版本后读取用户选择的固件数据，实用LZO压缩算法对FPGA固件数据进行压缩；

S103、对压缩后的数据进行分帧加密；

S104、分帧加密完成后，通过HID将加密后的小帧发送给MCU，直到最后一帧发送完成后，在界面显示更新完成。

进一步，所述S3中的分帧是：将压缩后的数据分成若干个固定字节的小帧；

所述加密是：将每个小帧加上帧头、帧尾、帧类型和帧校验。

进一步，所述帧头为四个字节；所述帧尾为固定的四个字节；所述帧类型为两个字节；所述帧校验为四个字节。

进一步，所述MCU，包括以下步骤：

S201、MCIU在获取到FPGA的软件版本号后，通过复位管脚将FPGA复位，使FPGA失去对SPI FLASH的访问权限；

S202、当SPI FLASH只能被MUC访问，由MCU对SPI FLASH进行全片擦除，擦除成功后将结果回传给所述上位机，然后等待接收数据；

S203、MCU在接收到HID数据后，根据所述帧类型确定当前帧是否为最后一帧；若为最后一帧，则表示若干小帧接收完毕；

S204、然后根据帧序号将所有的小帧组合成一个大帧；

S205、对数据整帧进行CRC校验，校验通过后得到最终的FPGA固件数据。

进一步，所述大帧数据需要使用LZO算法解压缩后，才能得到完整的固件数据。

本发明还提供一种基于HID和压缩分帧加密算法的远程更新系统，所述系统用于实现基于HID和压缩分帧加密算法的远程更新方法，

还包括：主控制器为一片MCU；一片FPGA芯片；FPGA外部挂载一片FLASH作为数据存储节点；

FLASH同时接在所述FPGA芯片和所述MCU的SPIFLASH控制器上，需要更新节点FLASH数据时，使用MCU将FPGA复位，使FPGA失去对FLASH的访问权限，由MCU接管FLASH，同时将需要更新的数据，烧写到FLASH中。

进一步，待更新完成之后，将解除对FPGA的复位，恢复FPGA失去对FLASH的访问权限，使FPGA从SPI FLASH中重新启动。

本发明的有益效果为：其中包含一个MCU和一个FPGA，每个处理器都有外挂自己的存储空间。在显示器设计过程中，为了加快对显示器相关显示固件的更新速度，并减少对已经安装完成的显示器的拆装的操作；通过USB接口的HID协议和压缩分帧加密算法对烧写的数据进行快速、高效和安全的更新；提供统一的上位机远程更新的APP，降低烧写难度和复杂度，提高设备的可靠性。减少对传统JTAG线缆和仿真器的依赖和束缚，提高系统开发调试的效率和便利性。

附图说明

图1为本发明一种压缩分帧加密算法的远程更新方法的上位机的流程图；

图2为本发明一种压缩分帧加密算法的远程更新方法的MCU的流程图；

图3为本发明一种压缩分帧加密算法的远程更新系统的方框图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅1，一种压缩分帧加密算法的远程更新方法，

HID接收上位机的数据，然后通过MCU的内部转换，将固件数据存储到MCU和FPGA同时挂载的SPI FLASH中。

所述上位机，包括以下步骤：

S101、当用户选择了固件数据并点击了开始更新按钮后，上位机通过HID协议获取MCU读到的FPGA的固件版本号，并在界面上进行显示；

S102、获取到FPGA固件版本后读取用户选择的固件数据，实用LZO压缩算法对FPGA固件数据进行压缩；

S103、对压缩后的数据进行分帧加密；

S104、分帧加密完成后，通过HID将加密后的小帧发送给MCU，直到最后一帧发送完成后，在界面显示更新完成。

所述S3中的分帧是：将压缩后的数据分成若干个固定字节的小帧；

所述加密是：将每个小帧加上帧头、帧尾、帧类型和帧校验。

所述帧头为四个字节；所述帧尾为固定的四个字节；所述帧类型为两个字节；所述帧校验为四个字节。

表1分帧加密算法的组成部分

请参阅图2，所述MCU，包括以下步骤：

S201、MCIU在获取到FPGA的软件版本号后，通过复位管脚将FPGA复位，使FPGA失去对SPI FLASH的访问权限；

S202、当SPI FLASH只能被MUC访问，由MCU对SPI FLASH进行全片擦除，擦除成功后将结果回传给所述上位机，然后等待接收数据；

S203、MCU在接收到HID数据后，根据所述帧类型确定当前帧是否为最后一帧；若为最后一帧，则表示若干小帧接收完毕；

S204、然后根据帧序号将所有的小帧组合成一个大帧；

S205、对数据整帧进行CRC校验，校验通过后得到最终的FPGA固件数据。

所述大帧数据需要使用LZO算法解压缩后，才能得到完整的固件数据。

请参阅图3，一种压缩分帧加密算法的远程更新系统，所述系统用于实现压缩分帧加密算法的远程更新方法，

还包括：主控制器为一片MCU1；一片FPGA芯片2；FPGA外部挂载一片FLASH3作为数据存储节点；

FLASH3同时接在所述FPGA芯片2和所述MCU1的SPI FLASH控制器上，需要更新节点FLASH数据时，使用MCU将FPGA复位，使FPGA失去对FLASH的访问权限，由MCU接管FLASH，同时将需要更新的数据，烧写到FLASH中。

待更新完成之后，将解除对FPGA的复位，恢复FPGA失去对FLASH的访问权限，使FPGA从SPIFLASH中重新启动。

具体的，基于HID和压缩分帧加密算法的显示器远程更新系统实现方法，主要通过MCU的HID接口更新FPGA的SPI Flash显示固件。更新FPGA的SPI Flash显示固件时：通过USB线缆连接到MCU，MCU启动后，初始化完成各接口，使用GPIO将FPGA的复位管脚拉低，使FPGA处于复位状态，解除对SPI FLASH的访问权限，待MCU对SPI Flash完成擦除、烧写等过程后，解除对FPGA的复位管脚的控制，FPGA就可以从Flash固件中更新固件并启动。

本发明的具体实现方式为：

本发明采用硬件搭建远程更新电路，FPGA的启动是从SPI FLASH中加载固件然后启动的，因此将FPGA的固件“*.bin”文件可靠的从上位机转运然后存储到FPGA外挂的FLASH中即可实现远程更新FPGA的功能。为了方便远程更新，被广泛运用且在显示器上本身就有的USB接口是最好的选择，而HID又是USB协议中免驱的协议，因此本发明采用HID接收上位机的数据，然后通过MCU的内部转换，将固件数据存储到MCU和FPGA同时挂载的SPI FLASH中。MCU存储数据和FPGA加载数据不在同时进行，避免了相互干扰的问题。为了保证远程更新的效率更高和数据安全性，采用LZO压缩算法，将固件数据进行压缩。为保证传输的可靠性和数据的安全性，将压缩后的固件数据进行分帧加密传输，每一帧都会加上特有的帧头、帧尾、帧类型和校验算法，如果某一帧出错，则会进行重传，MCU在收到所有的帧且正确无误后进行组帧解密和整帧校验，在确认以上步骤都正确执行后，最后将固件数据写入到FLASH中。

本发明中包含MCU的二级Boot程序与上位机应用程序。首先向MCU的内部存储空间的固定地址中烧写二级Boot程序，如MCU的UART、USB、SPI等远程更新所必需的接口，其次还需要将LZO压缩算法和分帧加密算法、组帧和校验方法移植到二级Boot应用程序中，在上位机选择需要更新的“*.bin”文件，再通过HID接口接收数据，再烧写到待更新的FLASH中。在FLASH中的数据更新完成后，对板卡重新上电启动。

本发明基于HID协议的远程更新硬件电路进行的压缩分帧加密算法，使得远程更新更加便利。压缩分帧加密算法是运用了LZO压缩算法来缩短远程更新的时间，从而提高更新效率。在LZO压缩算法的基础上，加上本系统独有的分帧加密算法，该分帧加密的特征是在分帧的同时对每个小帧增加了帧头、帧尾、帧类型、帧校验，从而提高了传输的容错率，也保证了数据传输的安全。

本发明提出的MCU的二级Boot方法，可以避免远程更新过程中出现突然断电或者链路断开后使系统宕机，运用此方法，在恢复供电和链路重新连接后可以重新进行远程更新，提高了系统的稳定性。

以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求。