一种双向时间比对调制解调器的远程升级系统的制作方法

1.本发明涉及远程时间比对领域。更具体地，涉及一种双向时间比对调制解调器的远程升级系统。


背景技术：

2.双向时间比对调制解调器是一种用于不同站点间远程时间比对的装置。该装置通过主站与从站间相互发射时间比对信号来计算两个站点间的时差，通常被用于不同时钟之间的时间同步。双向时间比对调制解调器功能决定了其工作场景多为1000公里以上的远距离站点间的对准。主站与从站较为分散，而且从站往往部署在一些人力难以到达的地点，例如星地时间同步中从站被部署在卫星等航天器上，一些部署在测量站中的从站也往往位于偏远地带的高山或海岛上。由于时间比对调制解调器作为时间同步的分系统经常需要随着主系统的升级而对软件做出相应的升级或调整，而软件的升级需要人员现场对设备外壳拆除后才能进行软件烧写。因此，为了更好的解决上述人力难以企及的应用场景中设备软件升级的问题，本发明设计了一种利用时间比对信号进行远程软件升级的系统。该系统能够有效的解决设备软件升级困难的问题，同时大大的减少软件维护的工作量，降低维护成本，提高效率。


技术实现要素：

3.本发明的一个目的在于提供一种双向时间比对调制解调器的远程升级系统。
4.为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
5.一种双向时间比对调制解调器的远程升级系统，包括：主站和至少一个从站，
6.所述主站，用于生成第一时间比对信号，并传输给从站，
7.所述从站，用于生成第二时间比对信号，并传输给主站，
8.所述第一时间比对信号和第二时间比对信号包括三层结构，
9.其中
10.第一层为载波信号，用于第一时间比对信号和第二时间比对信号的发射和传输，
11.第二层为伪码，伪码由调制板卡生成并循环发送，用于主站与从站识别捕获彼此的信号建立通讯。
12.第三层为帧数据层，用于主站与从站之间的通讯数据、远程升级指令和程序文件的传输。
13.可选地，所述主站包括
14.第一调制板卡，用于根据所述主控计算机的控制指令，生成第一时间比对信号，
15.第一解调板卡，用于解析第二时间比对信号，
16.主控计算机，用于控制和配置第一调制板卡和第一解调板卡，根据第一解调板卡解析后的第二时间比对信号计算主站与从站之间的第一时差；
17.所述从站包括
18.第二调制板卡，用于根据所述主控计算机的控制指令，生成第二时间比对信号和远程升级信号，
19.第二解调板卡，用于解析第一时间比对信号；
20.主控板卡，用于控制和配置第二调制板卡和第二解调板卡，根据第二解调二板卡解析后的第一时间比对信号，计算主站与从站之间的第二时差，根据远程升级指令，使得本站对应板卡存储的应用软件升级。
21.可选地，所述第一解调板卡解调第二时间比对信号，并将解调出的第一帧数据和第一伪距值通过总线发送给主控计算机；
22.所述第二解调板卡解调第一时间比对信号，并将解调出的第二帧数据和第二伪距值通过总线发送给主控板卡。
23.可选地，所述主控计算机接收到所述第一伪距值后，根据第一伪距值和第一时钟差计算出主站与从站之间的第一时差；
24.所述主控板卡接收到所述第二伪距值后，根据第二伪距值与第二时钟差计算出主站与从站之间的第二时差。
25.所述第一时钟差为第一调制板卡与第一解调板之间的时钟差；
26.所述第二时钟差为第二调制板卡与第二解调板之间的时钟差；
27.可选地，所述各个板卡包括处理器；
28.所述处理器的flash被设置为三个扇区；
29.其中第一扇区，用于存储启动配置软件；
30.第二扇区，用于存储启动配置软件开机时读取的参数和标志量，
31.第三扇区包括第一存储区和第二存储区，用于存储应用软件。
32.可选地，所述第一存储区和第二存储区根据轮流写入的方式分别存储当前版本软件和前一版本软件。
33.可选地，所述第一帧数据包括通讯数据、远程升级指令、版本回溯指令和程序文件。
34.可选地，所述标志量包括
35.升级请求标志量、软件版本标志量和回溯标志量；
36.升级请求标志量，用于确定是否收到升级指令；
37.程序版本标志量，用于存储当前使用版本应用软件的地址；
38.回溯标志量，用于确定是否收到应用软件版本回溯指令。
39.可选地，所述各个板卡处理器，用于根据第一帧数据，修改其自身处理器flash中第二扇区升级请求标志量或回溯标志量的状态，以使得处理器存储的应用软件升级或回溯。
40.可选地，所述系统包括防错机制，用于在升级后应用软件本身出现问题时，处理器能够自动回溯到上一个版本。
41.本发明的有益效果如下：
42.本发明在保证时间比对调制解调器性能指标不变同时，还能够安全快捷的实现系统软件的升级与维护，且同时尽量不增加硬件成本。
附图说明
43.下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
44.图1示出本发明的一个实施例可以应用于其中的示例性系统架构图。
45.图2示出本发明所述时间比对信号结构示意图。
46.图3示出本发明所述处理器flash被设置为三个扇区的示意图。
47.图4示出本发明的一个实施例可以应用于其中的示例性远程升级方法示意图。
48.图5示出本发明的一个实施例可以应用于其中的示例性软件版本回溯方法示意图。
具体实施方式
49.为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图1-5对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
50.如图1所示，一种双向时间比对调制解调器的远程升级系统，包括：主站和至少一个从站，
51.可选地，所述主站包括
52.第一调制板卡，用于根据所述主控计算机的控制指令，生成第一时间比对信号，
53.第一解调板卡，用于解析第二时间比对信号，
54.主控计算机，用于控制和配置第一调制板卡和第一解调板卡，根据第一解调板卡解析后的第二时间比对信号计算主站与从站之间的第一时差；
55.所述从站包括
56.第二调制板卡，用于根据所述主控计算机的控制指令，生成第二时间比对信号和远程升级信号，
57.第二解调板卡，用于解析第一时间比对信号；
58.主控板卡，用于控制和配置第二调制板卡和第二解调板卡，根据第二解调二板卡解析后的第一时间比对信号，计算主站与从站之间的第二时差，根据远程升级指令，使得本站对应板卡存储的应用软件升级。
59.可选地，所述第一解调板卡解调第二时间比对信号，并将解调出的第一帧数据和第一伪距值通过总线发送给主控计算机；
60.所述第二解调板卡解调第一时间比对信号，并将解调出的第二帧数据和第二伪距值通过总线发送给主控板卡。
61.可选地，所述主控计算机接收到所述第一伪距值后，根据第一伪距值和第一时钟差计算出主站与从站之间的第一时差；
62.所述主控板卡接收到所述第二伪距值后，根据第二伪距值与第二时钟差计算出主站与从站之间的第二时差。
63.所述第一时钟差为第一调制板卡与第一解调板之间的时钟差；
64.所述第二时钟差为第二调制板卡与第二解调板之间的时钟差；
65.具体的一个实施例，在系统工作时，主站与从站正常工作时的原理基本相同，二者分别由主控计算机和主控板卡通过控制调制板卡生成时间比对信号后经天线发射给对方
站。
66.同时，天线收到的时间比对信号经解调板卡解析后，经由总线发送给主控计算机或主控板卡，由后者进行处理。
67.其中时间比对信号如图2所示，具有三层结构，均采用bpsk调至得到。
68.其中
69.第一层为载波信号主要为了便于信号的发射传输，
70.第二层为伪随机码信号既伪码，伪码由调制板卡生成并循环发送，主要用于主站与从站识别捕获彼此的信号从而建立通讯。除此之外伪码的另一项重要功能为计算连个站之间的伪距p。伪距p和调制解调两块板卡间的时差tic为计算站间时差的主要参数。
71.第三层为帧数据层，载有电文数据，主要用于两个站之间的通讯数据传输。远程升级指令以及软件文件均通过该层传输。
72.解调板卡可以通过内部软件实现载波环路和码环路，通过这两种环路解调板卡可跟踪与捕获载波信号与伪码信号，同时实现对比对信号的解调。通过解调出的伪码相位可计算出站间伪距p。解调板卡会将解调出的帧数据比特以及伪距值p通过总线发送给主控机。主控机收到解调板卡的数据后，一方面会对帧数据进行处理，并根据电文的内容做出相应的动作，另一方面会测量调制与解调板卡间的时钟差tic，根据收到的伪距p与时钟差tic计算出主站与从站间的时差。对于需要发送给对方站的帧数据电文则由主控机编辑好后经总线发送给调制板卡，调制板卡收到帧数据后使用生成的自身伪码信号与载波信号对帧数据信号进行调制，调制后的信号通过天线发送给对方站。
73.具体的一个实施方式，双向时间比对调制解调器的功能主要由各板卡处理器中的嵌入式软件实现。为实现远程升级功能，所有板卡处理器都设计有如下软件构架。
74.如图3所示，软件由三个部分组成，将flash划分成三个扇区分别用于储存对应的软件。
75.其中第一扇区(bootloader)为启动配置软件，不会随着远程升级而改变，
76.第二扇区(data)区域用于存储用bootloader开机时会读取的参数和标志量，
77.第三扇区包括第一存储区(app1)和第二存储区(app2)，用于存储应用软件，主要实现时间比对调制解调的业务功能，通过在app1和app2两个存储区轮流写入的方式可实现分别存储当前版本软件和前一版本的软件，用于版本回溯。
78.在系统重启或复位后处理器首先运行bootloader软件，bootloader软件的主要功能为软件升级管控，bootloader会读取flash中的升级请求标志量用于确定是否收到升级指令，若收到升级指令则会开始接受升级软件文件，并将文件存储在相应的扇区中。除此之外若收到软件回溯指令则bootloader会运行前一版本的软件，否则会运行最新版本的软件。
79.flash中data区域用于控制远程升级的相关标志量如下：
80.升级请求标志量：
81.bootloader会根据升级请求标志量的状态来控制是否进行远程升级操作，有使能和非使能两种状态。
82.软件版本标志量，用于存储当前使用版本的app软件的地址，为两个元素构成的数组，分别用来表示软件的首地址和长度。bootloader会采用从首地址开始连续读取一定长
度的方式来载入app软件。首地址有两个值分别为flash中app1扇区的首地址和app2扇区的首地址
83.回溯标志量，用于app软件版本回溯，bootloader会根据回溯标志量的状态来控制是否进行app软件版本回溯，有使能和非使能两种状态。
84.如图4所示，一个具体的实施方式，远程升级步骤：
85.步骤1：从站收到主站发出的远程升级指令；
86.步骤2：从站主控处理器，修改flash中data区域的升级请求标志量为使能状态；
87.步骤3：从站主控处理器复位重启；
88.步骤4：从站主控处理器重启后进入bootloader软件；
89.步骤5：bootloader软件从flash的data区域中读出升级请求标志量；
90.步骤6：从站向主站回复升级请求；
91.步骤7：主站收到请求后开始向从站发送软件升级包文件，从站接收并存储在缓存中；
92.步骤8：从站升级软件包接受完毕，主控处理器向调制板卡处理器发送升级请求帧；
93.步骤9：调制板卡收到升级请求帧，并修改flash的data区域中的升级请求标志量为使能状态，之后进行复位重启。
94.步骤10：重启后调制板卡处理器进入bootloader软件，软件读出标升级请求标志量。
95.步骤11：调制板卡处理器向主控处理器发送升级请求；
96.步骤12：主控处理器收到升级请求后开始向调制板卡的处理器通过总线发送调制板卡的软件升级包文件；
97.步骤13：调制板卡处理器接受到软件升级包，开始升级，采用app1和app2存储区轮流写入的方式将升级软件写入flash相应的app存储区。例如升级软件版本为18.3，当前版本为18.2。则bootloader会将18.3软件写入18.1版本所在的存储区，保留上一版本即18.2版本的软件以便于回溯。
98.步骤14：升级写入完成后调制板卡处理器向主控处理器发送升级完成帧，调制板卡的bootloader会修改flash的data区域中升级请求标志量为非使能状态，同时也会将的data区域中的软件版本标志量修改为最新版本软件的所在app扇区的存储地址。
99.步骤15：调制板卡处理器复位重启，重启后进入bootloader软件，bootloader软件运行并读取flash中data区域的升级请求标志量、软件版本标志量，根据标志量指示的结果，bootloader软件将会转跳到运行最新的app软件。调制板卡升级完毕。
100.步骤16：主控处理器收到调制板卡处理器发送升级完成信号帧后，开始对解调板卡进行升级，升级过程于调制板卡相同。
101.步骤17：从站主控处理器的bootloader软件在分别接到调制板卡处理器与解调板卡处理器回复的升级完成信号帧后，会控制调制板卡向主站发出升级校验帧，已确定调制于解调两块板卡的升级是否正确。
102.步骤18：主站收到升级校验帧后会进行回复。
103.步骤19：从站主控处理器收到升级校验的回复后，确认调制与解调板卡升级成功。
104.步骤20：确认调制解调板卡升级成功后，主控处理器bootloader开始升级自身软件。将新软件写入flash中的指定app扇区，并修改flash中data区域的升级请求标志量、软件版本标志量。修改完成后向主站发送升级完成帧。
105.步骤21：主控处理器复位重启，进入bootloader软件并读取相应的标志量后，转跳进入最新的app软件。升级完成。
106.如图5所示，一个具体的实施方式，app软件版本回溯机制：
107.flash中app1和app2存储区分别用于存储当前版本的软件和前一版本的软件。当需要将软件版本回溯到之前版本的时候，由主站发出版本回溯指令，从站收到后进行软件版本回溯操作。版本回溯操作由主控处理先后控制调制板卡处理器和解调板卡处理器进行软件版本回溯，之后主控处理器进行自身软件回溯操作。回溯完成后向主站发送回溯完成帧。
108.具体步骤如下所示。
109.步骤1：从站收到回溯帧
110.步骤2：主控处理器修改flash中data区域回溯标志量为使能
111.步骤3：主控处理器重启，进入bootloader
112.步骤4：主控处理器bootloader读取到回溯标志量使能
113.步骤5：主控处理器向调制板卡发送回溯指令
114.步骤6：调制板卡处理器收到回溯指令，并修改flash中回溯标志量为使能
115.步骤7：调制板卡处理器复位重启，进入bootloader软件
116.步骤8：调制板卡处理器bootloader软件读取到回溯标志量使能，
117.步骤9：调制板卡处理器bootloader软件将flash中软件版本标志量修改为为前一版本app软件的存储地址。并将回溯标志量复位。
118.步骤10：调制板卡处理器向主控处理器回复回溯完成帧。
119.步骤11：调制板卡处理器bootloader软件转跳到前一版本的软件，结束回溯操作。
120.步骤12：主控处理器收到调制板卡的回复后，向解调板卡发送回溯指令
121.步骤13：解调板卡处理器收到回溯命令后开始执行回溯操作，回溯过程与调制板卡相同，结束后向主控处理器回复回溯完成帧。
122.步骤14：主控处理器开始自身app软件的回溯
123.步骤15：主控处理器bootloader软件将flash中软件版本标志量修改为为前一版本app软件的存储地址。并将回溯标志量复位。
124.步骤16：主控处理器控制从站向主站发送回溯完成帧
125.步骤17：主控处理器bootloader软件转跳到前一版本的软件，结束回溯操作。
126.步骤18：主站收到回溯完成帧，回溯操作结束
127.一个可实行的实施方式，本发明还包括防错机制，其具体包括：
128.依靠处理器中的看门狗机制，如果升级app软件出现错误导致软件无法运行，则一段时间后会触发看门狗，处理器复位重启进入bootloader软件。
129.利用这一机制，本系统设计了远程升级防出错机制。用于在升级后的新app软件本身出现问题时，处理器能够自动回溯到上一个版本。
130.应用软件升级出错主要有以下两种情况：
131.调制板卡或解调板卡升级错误：
132.根据图4中的步骤17-19所示。调制解调板卡升级完成后主控处理器会控制从站向主站发出升级校验帧，若调制解调板卡处理器软件升级正常，则主控处理器的bootloader软件会受到主站对于从站发出的升级校验帧的回复。若调制或解调板卡如果在升级后出现软件错误，则在步骤19中，主控处理器不会收到回复。在本系统中，如果在从站发出升级校验帧后在规定的时间内没有收到回复，则主控处理器会认为调制和解调板卡升级失败，并向二者发出软件回溯指令，将调制解调板卡的软件回溯到上一版本。之后主控处理器会停止升级并控制从站向主站发送调制解调板卡升级错误帧，告知主站调制解调板卡升级失败。
133.主控处理器升级错误：
134.如果主控处理器升级软件错误，则从站无法正常运行。此时主站可向从站连续发出软件回溯指令。主控处理器软件卡死一段时间后会触发看门狗机制，主控处理器重启进入bootloader软件，bootloader收到软件回溯指令会进行回溯指令回溯到上一个版本的软件。
135.显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

技术特征：
1.一种双向时间比对调制解调器的远程升级系统，其特征在于，包括：主站和至少一个从站，所述主站，用于生成第一时间比对信号，并传输给从站，所述从站，用于生成第二时间比对信号，并传输给主站，所述第一时间比对信号和第二时间比对信号包括三层结构，其中第一层为载波信号，用于第一时间比对信号和第二时间比对信号的发射和传输，第二层为伪码，伪码由调制板卡生成并循环发送，用于主站与从站识别捕获彼此的信号建立通讯；第三层为帧数据层，用于主站与从站之间的通讯数据、远程升级指令和程序文件的传输。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述主站包括第一调制板卡，用于根据所述主控计算机的控制指令，生成第一时间比对信号，第一解调板卡，用于解析第二时间比对信号，主控计算机，用于控制和配置第一调制板卡和第一解调板卡，根据第一解调板卡解析后的第二时间比对信号计算主站与从站之间的第一时差；所述从站包括第二调制板卡，用于根据所述主控计算机的控制指令，生成第二时间比对信号和远程升级信号，第二解调板卡，用于解析第一时间比对信号；主控板卡，用于控制和配置第二调制板卡和第二解调板卡，根据第二解调二板卡解析后的第一时间比对信号，计算主站与从站之间的第二时差，根据远程升级指令，使得本站对应板卡存储的应用软件升级。3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述第一解调板卡解调第二时间比对信号，并将解调出的第一帧数据和第一伪距值通过总线发送给主控计算机；所述第二解调板卡解调第一时间比对信号，并将解调出的第二帧数据和第二伪距值通过总线发送给主控板卡。4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述主控计算机接收到所述第一伪距值后，根据第一伪距值和第一时钟差计算出主站与从站之间的第一时差；所述主控板卡接收到所述第二伪距值后，根据第二伪距值与第二时钟差计算出主站与从站之间的第二时差；所述第一时钟差为第一调制板卡与第一解调板之间的时钟差；所述第二时钟差为第二调制板卡与第二解调板之间的时钟差。5.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述各个板卡包括处理器；所述处理器的flash被设置为三个扇区；其中第一扇区，用于存储启动配置软件；
第二扇区，用于存储启动配置软件开机时读取的参数和标志量，第三扇区包括第一存储区和第二存储区，用于存储应用软件。6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述第一存储区和第二存储区根据轮流写入的方式分别存储当前版本软件和前一版本软件。7.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述第一帧数据包括通讯数据、远程升级指令、版本回溯指令和程序文件。8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述标志量包括升级请求标志量、软件版本标志量和回溯标志量；升级请求标志量，用于确定是否收到升级指令；程序版本标志量，用于存储当前使用版本应用软件的地址；回溯标志量，用于确定是否收到应用软件版本回溯指令。9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述各个板卡处理器，用于根据第一帧数据，修改其自身处理器flash中第二扇区升级请求标志量或回溯标志量的状态，以使得处理器存储的应用软件升级或回溯。10.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述系统包括防错机制，用于在升级后应用软件本身出现问题时，处理器能够自动回溯到上一个版本。

技术总结
本发明实施例公开一种双向时间比对调制解调器的远程升级系统，包括：主站和至少一个从站，所述主站，用于生成第一时间比对信号，并传输给从站，所述从站，用于生成第二时间比对信号，并传输给主站，所述第一时间比对信号和第二时间比对信号包括三层结构，其中第一层为载波信号，用于第一时间比对信号和第二时间比对信号的发射和传输，第二层为伪码，伪码由调制板卡生成并循环发送，用于主站与从站识别捕获彼此的信号建立通讯；第三层为帧数据层，用于主站与从站之间的通讯数据、远程升级指令和程序文件的传输。程序文件的传输。程序文件的传输。


技术研发人员：郭梁 王海峰 王学运 程燕 易航 杨文哲 王宏博 张升康
受保护的技术使用者：北京无线电计量测试研究所
技术研发日：2023.06.14
技术公布日：2023/9/22