CN113176887B - 一种无人机数据链终端的无线固件升级方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无人机数据链终端的无线固件升级方法，升级方法如下：重构无人机数据链上下行链路；选择所需更新的配置数据文件，计算其128位MD5散列值；将配置数据文件和128位散列值传输给机载数据终端；将接收到的配置数据文件和128位散列值缓存在片外缓存中，散列值记为Hash_valueA；计算接收到的配置数据文件的128位MD5散列值，得到Hash_valueB；对两个散列值进行比较；步骤七，执行Flash擦除、写入操作，完成升级，此无人机数据链终端的无线固件升级方法，区别于现有技术，无需增加额外的硬件电路，免除拆卸及安装机载数据终端的过程，节省了有线固件升级的第一步和第三步操作，大大减少了固件升级的时间，操作非常便利，提升了生产效率，大幅度节省了人力成本。

Description

一种无人机数据链终端的无线固件升级方法

技术领域

本发明涉及固件升级技术领域，具体为一种无人机数据链终端的无线固件升级方法。

背景技术

无人机数据链终端负责无人机系统中地面节点与空中节点的无线通信和数据传输。无人机数据链设备由地面数据终端和机载数据终端组成，地面数据终端与机载数据终端通过无线连接进行通信和数据交互。

一般选用FPGA（Field Programmable Gate Array,现场可编程门阵列）器件作为无人机数据链终端的核心处理芯片。FPGA为易失性可编程器件，掉电后运行其中的程序会丢失，因此FPGA外部需要配置非易失性的存储器件如Flash内存一起使用。数据链终端上电时存储在Flash内存中的固件对FPGA进行加载，加载完成后FPGA就可以按照程序设计正常运行了。

在实际应用中经常需要对存储在Flash内存中的FPGA配置程序即固件进行更新升级以达到扩展无人机系统的功能或优化无人机系统的性能指标的目的。地面数据终端与系统中其它设备一般通过有线的以太网接口进行通信,地面数据终端的固件升级可以通过以太网接口进行，非常方便。无人机数据链机载平台有防水防雨要求，机载数据终端安装于无人机机身内部，需做密封处理，机载数据终端安装在无人机系统上使用时对外无有线接口。

无人机数据链机载数据终端传统的固件升级方法是：首先将机载数据终端从无人机平台上拆开、取出来；然后将机载数据终端安装于固件升级工装中，通过专用的程序升级接口或以太网接口等有线接口进行固件升级；最后再将升级好的机载数据终端安装回无人机平台。拆卸机载数据终端需要破坏无人机平台的密封结构，再安装回去时需要再次做密封处理，以保证无人机平台的防水防雨效果。拆卸安装的过程耗时又耗力，需要投入大量的时间和人力。同时，多次拆卸安装机载数据终端有可能损坏机载数据终端或无人机系统中其它设备，会影响整个系统的可靠性。

一个典型的配置数据文件大小约为16 MBytes，如果不对数据链自身的无线上下行链路作出改变，那么进行无线固件升级的时间至少需要16*1024*8kbit/30kbps ≈4369s，远远超过1个小时，一个熟练的操作人员拆卸和安装机载数据终端分别需要15~20分钟，程序升级本身需要10~15分钟，因此使用现有的方法对一台无人机数据链机载数据终端固件进行升级至少需要40分钟时间。采用这种方法对成百上千套数据链终端进行固件升级显然费时又费力，缺乏经济性，非常耗费人力，成本较高，效率低下，为此，我们提出一种无人机数据链终端的无线固件升级方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无人机数据链终端的无线固件升级方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种无人机数据链终端的无线固件升级方法，升级方法如下：步骤一，重构无人机数据链上下行链路，使得上行链路也具备较高的数据传输能力；步骤二，选择所需更新的数据链终端的配置数据文件，计算该文件的128位MD5散列值；步骤三，将配置数据文件和128位散列值通过重构后的上行链路传输给机载数据终端；步骤四，机载数据终端将接收到的配置数据文件和128位散列值缓存在片外缓存中，接收到的散列值记为Hash_valueA；步骤五，机载数据终端计算接收到的配置数据文件的128位MD5散列值，得到Hash_valueB；步骤六，对两个散列值进行比较；步骤七，执行Flash擦除、写入操作，完成无线固件升级，无需增加额外的硬件电路，免除拆卸及安装机载数据终端的过程，节省了有线固件升级的第一步和第三步操作，大大减少了固件升级的时间，操作非常便利，提升了生产效率，大幅度节省了人力成本。

优选的，在步骤一中，通过PC机上固件升级程序发送“重构无人机数据链上下行链路”的指令，这样机载数据终端与地面数据终端之间的无线链路进行重构，原先下行链路的一部分资源释放给上行链路使用，使得上行链路也具备较高的数据传输能力，无人机数据链无线链路分为上行链路和下行链路，上行链路承载从地面数据终端到机载数据终端的数据传输，下行链路承载从机载数据终端到地面数据终端的数据传输。无线数据传输通常具有非对称性，数据链应用也一样，上行码率和下行码率差别较大，下行链路中传输的数据量要远远超过上行链路。本文所涉及的无人机数据链系统上下行码率分别约为30 kbps和8Mbps。

优选的，在步骤二中，利用MD5算法(Message-Digest Algorithm，MD5信息摘要算法)计算配置数据文件的散列值(hash value)，MD5信息摘要算法是一种被广泛使用的密码散列函数，可以产生一个128位的散列值，用于确保信息传输完整一致。

优选的，在步骤三中，PC机上的固件升级程序将配置数据文件和128位的散列值传输给地面数据终端，地面数据终端随即通过重构后的上行链路将数据转发给机载数据终端。

优选的，在步骤六中，对两个128位的散列值进行比较，如果两者相等则执行固件更新即执行第七步，否则通过下行链路向地面数据终端请求重新传输配置数据文件和128位的散列值即返回第三步。

优选的，在步骤七中，对Flash器件进行擦除操作后，随即将需要更新的配置数据文件写入Flash指定的存储空间，完成无线固件升级，下次掉电启动时Flash将使用更新后的数据文件对FPGA进行配置，实现数据链功能的扩展或性能指标的优化。

优选的，在步骤一中，对数据链无线上下行链路的重构时，需要在物理层将下行链路的资源部分释放给上行链路，重构后的数据链上行链路数据传输能力提升了两个数量级，假定原先下行链路的一半数据传输能力释放给上行链路，则重构后的上行码率优于4Mbps，则配置数据文件经上行链路传输的时间约为：16*8Mbit/4Mbps=32s，配置数据文件经无线链路传输的时间与擦除和写入Flash内存的时间相比可以忽略不计，因此，采用新的无线固件升级的方法对机载数据终端进行固件升级的时间可以缩减至10分钟左右，并且不需要额外的拆卸安装步骤，操作起来非常方便，省时又省力。

优选的，在步骤二中，MD5信息摘要算法的运用是为了保证配置数据文件的完整一致性，防止无线传输的配置数据文件出现误码导致固件升级失败，如果传输双方计算的MD5散列值完全一致则能保证配置数据文件的数据完整性，否则接收方会请求再次传输数据直至数据的完整一致性得到保证。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明，区别于现有技术，无需增加额外的硬件电路，免除拆卸及安装机载数据终端的过程，节省了有线固件升级的第一步和第三步操作，大大减少了固件升级的时间，操作非常便利，提升了生产效率，大幅度节省了人力成本。

附图说明

图1为本发明无线固件升级原理示意框图；

图2为现有有线固件升级结构示意图；

图3为本发明无线固件升级流程结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：一种无人机数据链终端的无线固件升级方法，升级方法如下：步骤一，重构无人机数据链上下行链路，使得上行链路也具备较高的数据传输能力；步骤二，选择所需更新的数据链终端的配置数据文件，计算该文件的128位MD5散列值；步骤三，将配置数据文件和128位散列值通过重构后的上行链路传输给机载数据终端；步骤四，机载数据终端将接收到的配置数据文件和128位散列值缓存在片外缓存中，接收到的散列值记为Hash_valueA；步骤五，机载数据终端计算接收到的配置数据文件的128位MD5散列值，得到Hash_valueB；步骤六，对两个散列值进行比较；步骤七，执行Flash擦除、写入操作，完成无线固件升级，无需增加额外的硬件电路，免除拆卸及安装机载数据终端的过程，节省了有线固件升级的第一步和第三步操作，大大减少了固件升级的时间，操作非常便利，提升了生产效率，大幅度节省了人力成本。

在步骤一中，通过PC机上固件升级程序发送“重构无人机数据链上下行链路”的指令，这样机载数据终端与地面数据终端之间的无线链路进行重构，原先下行链路的一部分资源释放给上行链路使用，使得上行链路也具备较高的数据传输能力，无人机数据链无线链路分为上行链路和下行链路，上行链路承载从地面数据终端到机载数据终端的数据传输，下行链路承载从机载数据终端到地面数据终端的数据传输。无线数据传输通常具有非对称性，数据链应用也一样，上行码率和下行码率差别较大，下行链路中传输的数据量要远远超过上行链路。本文所涉及的无人机数据链系统上下行码率分别约为30 kbps和8 Mbps。

在步骤二中，利用MD5算法(Message-Digest Algorithm，MD5信息摘要算法)计算配置数据文件的散列值(hash value)，MD5信息摘要算法是一种被广泛使用的密码散列函数，可以产生一个128位的散列值，用于确保信息传输完整一致。

在步骤三中，PC机上的固件升级程序将配置数据文件和128位的散列值传输给地面数据终端，地面数据终端随即通过重构后的上行链路将数据转发给机载数据终端。

在步骤六中，对两个128位的散列值进行比较，如果两者相等则执行固件更新即执行第七步，否则通过下行链路向地面数据终端请求重新传输配置数据文件和128位的散列值即返回第三步。

在步骤七中，对Flash器件进行擦除操作后，随即将需要更新的配置数据文件写入Flash指定的存储空间，完成无线固件升级，下次掉电启动时Flash将使用更新后的数据文件对FPGA进行配置，实现数据链功能的扩展或性能指标的优化。

在步骤一中，对数据链无线上下行链路的重构时，需要在物理层将下行链路的资源部分释放给上行链路，重构后的数据链上行链路数据传输能力提升了两个数量级，假定原先下行链路的一半数据传输能力释放给上行链路，则重构后的上行码率优于4 Mbps，则配置数据文件经上行链路传输的时间约为：16*8Mbit/4Mbps=32s，配置数据文件经无线链路传输的时间与擦除和写入Flash内存的时间相比可以忽略不计，因此，采用新的无线固件升级的方法对机载数据终端进行固件升级的时间可以缩减至10分钟左右，并且不需要额外的拆卸安装步骤，操作起来非常方便，省时又省力。

在步骤二中，MD5信息摘要算法的运用是为了保证配置数据文件的完整一致性，防止无线传输的配置数据文件出现误码导致固件升级失败，如果传输双方计算的MD5散列值完全一致则能保证配置数据文件的数据完整性，否则接收方会请求再次传输数据直至数据的完整一致性得到保证。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种无人机数据链终端的无线固件升级方法，升级方法如下：

步骤一，通过PC机上固件升级程序发送“重构无人机数据链上下行链路”的指令，重构无人机数据链的机载数据终端与地面数据终端之间上下行无线链路，在物理层将原先下行链路的一部分资源释放给上行链路使用；

步骤二，选择所需更新的数据链终端的配置数据文件，计算该文件的128位MD5散列值；

步骤三，将配置数据文件和128位散列值通过重构后的上行链路传输给机载数据终端；

步骤四，机载数据终端将接收到的配置数据文件和128位散列值缓存在片外缓存中，接收到的散列值记为Hash_valueA；

步骤五，机载数据终端计算接收到的配置数据文件的128位MD5散列值，得到Hash_valueB；

步骤六，对两个128位的散列值进行比较，如果两者相等则执行固件更新即执行第七步，否则通过下行链路向地面数据终端请求重新传输配置数据文件和128位的散列值即返回第三步；

步骤七，执行Flash擦除、写入操作，完成无线固件升级。

2.根据权利要求1所述的一种无人机数据链终端的无线固件升级方法，其特征在于：在步骤二中，利用MD5算法(Message-Digest Algorithm，MD5信息摘要算法)计算配置数据文件的散列值(hash value)，MD5信息摘要算法是一种被广泛使用的密码散列函数，可以产生一个128位的散列值，用于确保信息传输完整一致。

3.根据权利要求1所述的一种无人机数据链终端的无线固件升级方法，其特征在于：在步骤三中，PC机上的固件升级程序将配置数据文件和128位的散列值传输给地面数据终端，地面数据终端随即通过重构后的上行链路将数据转发给机载数据终端。

4.根据权利要求1所述的一种无人机数据链终端的无线固件升级方法，其特征在于：在步骤七中，对Flash器件进行擦除操作后，随即将需要更新的配置数据文件写入Flash指定的存储空间，完成无线固件升级，下次掉电启动时Flash将使用更新后的数据文件对FPGA进行配置，实现数据链功能的扩展或性能指标的优化。

5.根据权利要求1所述的一种无人机数据链终端的无线固件升级方法，其特征在于：在步骤二中，MD5信息摘要算法的运用是为了保证配置数据文件的完整一致性，防止无线传输的配置数据文件出现误码导致固件升级失败，如果传输双方计算的MD5散列值完全一致则能保证配置数据文件的数据完整性，否则接收方会请求再次传输数据直至数据的完整一致性得到保证。