从简单的文件偏移、读写进一步研究MCU程序的下载和软件升级(上)
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关于MCU固件更新和下载，在上大学的时候老师并没有详细的去讲解，只是知道程序xxx.c编译后生成xxx.hex或者xxx.bin，然后将对应的xxx.hex和xxx.bin下载到MCU上，然后五花八门的程序就开始运行了，还有就是程序在正常运行中，通过远程获取更新包，然后更新程序，而程序只有一个部分更新，而不影响其它的部分。这就是所谓的软件升级。
工作后，对于学习技术知识，不要仅停留在表面上，而是要深入的去分析实现原理，程序是怎么下载到MCU的？我们的软件又是怎么更新而又不会影响其它部分的，这一节，我们将借助一个简单的文件操作例子，来阐述最基本的原理。
首先，我们编写一段程序，来创建一个1.bin的文件，并在这个文件中写入数据1,2,3,4,5,6,7,8,9,10，例程如下：
test.c
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
int main(void)
{
int fd = -1 ;
char buffer[] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};
fd = open("1.bin",O_RDWR | O_CREAT);
if(fd < -1)
{
printf("open file fair\n");
return -1 ;
}
write(fd,buffer,10);
close(fd);
return 0 ;
}
现在，我们希望，改变1.bin里面某个地址的值，而不影响其它的数据，在下面的程序中，我们改变offset=5这个地址，将该地址的值修改为16，例程如下：
test1.c
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
int main(void)
{
int i ;
int fd = -1 ;
char buffer[11] = {0};
int data = 16 ;
//1、打开1.bin这个文件
fd = open("1.bin",O_RDWR);
if(fd < -1)
{
printf("open file fair\n");
return -1 ;
}
//读出1.bin中的内容
read(fd,buffer,11);
for(i = 0 ; i < 10 ; i++)
{
printf("buffer[%d]:%d\n",i,buffer[i]);
}
printf("xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx读原始数据完毕xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx\n");
//2、将1.bin从0地址开始偏移到地址5
lseek(fd,5,SEEK_SET);
//3、将data=16这个值写到1.bin这个文件的偏移地址5
write(fd,&data,1);
//4、清buffer
memset(buffer,0,11);
//5、将地址偏移重新改到地址0
lseek(fd,0,SEEK_SET);
//6、读出修改后1.bin中的内容
read(fd,buffer,11);
for(i = 0 ; i < 10 ; i++)
{
printf("buffer[%d]:%d\n",i,buffer[i]);
}
printf("xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx读改写后的数据完毕xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx\n");
//7、关闭文件描述符
close(fd);
return 0 ;
}
在这个程序中，我们先读取原先1.bin中的数据，接着通过lseek函数将文件偏移到offset=5的地址，然后使用write，将data=16这个数据写入到offset=5这个地址，改写这个地址的数据，接下来调用lseek将偏移地址改写回从0开始，再读出改写后的所有数据，效果如下：
很明显，第二个写入改变offset=5这个地址的数据的程序并没有影响其它数据，而是以覆盖的形式直接改写了偏移地址的数据。
举这个简单的例子能说明什么呢？这跟我们程序最终的更新原理其实是一样的，我们再写一个程序：
test2.c:
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
int main(void)
{
int i ;
int fd = -1 ;
char buffer[] = {2,1,4,2,3,1,4,8,9,6};
char buffer1[11];
fd = open("1.bin",O_RDWR | O_CREAT);
if(fd < -1)
{
printf("open file fair\n");
return -1 ;
}
//偏移到地址0
lseek(fd,0,SEEK_SET);
//写入10个数据
write(fd,buffer,10);
//偏移到地址0
lseek(fd,0,SEEK_SET);
//读出1.bin中的内容
read(fd,buffer1,11);
for(i = 0 ; i < 10 ; i++)
{
printf("buffer1[%d]:%d\n",i,buffer1[i]);
}
close(fd);
return 0 ;
}
运行结果：
从这里我们可以得知，数据从偏移地址0到偏移地址9都被修改了，这也就是我们MCU固件更新的原理。
无论是固件更新还是软件升级原理都是差不多的，最后就是简单的将二进制数据覆盖对应的地址区域，在这里，我举的这个例子仅仅只是为了阐述最基本原理，然而MCU固件下载，程序更新其中不乏还是有很多复杂的流程，比如先将要更新的数据拷贝到一个和主程序不相干的区域，在这里我们简单叫做备份区吧，这个区域需要从MCU去分出几个区，然后来指定对应区域存储的数据，有些MCU内存比较小，还需要外挂一些存储芯片，常见的有NAND FLASH,SPI FLASH,NOR FLASH等等，然后在备份区将数据覆盖到原始区域，最后再删除备份区域的数据，我们在下一节中，将整理一个MCU的固件下载以及软件升级的原理。
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