CN1627262A - 用于现场设备的存储器更新系统 - Google Patents

Abstract

一种用于现场设备的存储器更新系统，包括：现场总线；一个或多个现场设备，其采用非易失性存储器，并与现场总线连接；主机系统，其直接或间接地与现场总线连接，并将更新指令和更新数据发送到现场设备之一，以更新该现场设备的非易失性存储器；以及，电流控制电路，其控制从所述现场总线提供的电流。在该现场设备将存在非易失性存储器中的数据擦除之前，电流控制电路将从现场总线提供的电流增加到一高于正常值的数值，以及，在现场设备完成该存在于非易失性存储器中的数据擦除后，从现场总线提供的电流恢复到正常值。

Description

用于现场设备的存储器更新系统

发明领域

本发明涉及过程现场使用的现场设备存储器更新系统，其重写存储在现场设备非易失性存储器中的数据，如固件数据或者配置数据。

背景技术

存储器更新系统的背景技术参见JP-A-2001-350504和JP-A-2003-510710。

JP-A-2001-350504披露了以下步骤：在第一存储区执行计算处理；释放该第一存储区；以及，激活第二存储区，从而能够以在线的方式进行重新配置。

JP-A-2003-510710披露了以下步骤：使用标准通讯协议将程序指令从主机下载到现场设备；以及，存储该程序指令，从而对过程控制网络中的现场设备进行重新编程。

图1为一图表，图示一过程控制系统的常用配置。多个现场设备9与现场总线8连接，例如基金会现场总线(FOUNDATION Fieldbus)或者串行传输现场总线。每个现场设备9采用模拟输入功能模块AI，或者PID功能模块PID。

现场总线8通过I/O单元7以及控制总线6与主机5连接。在这样的过程控制系统里，从传感器(图中未示出)接收到信号，并且数据在现场设备9之间、或者在现场设备9和主机5之间传送。

在现场设备9中，用于执行计算以使由传感器接收信号转换为输出信号的程序，以及表示网络信息的配置数据，通常是存储在非易失性存储器中，如EPROM、快擦写存储器(FlashROM)、或者EEPROM。

最近，出于过程改进的目的，为了加强功能的分散化，对现场设备9还要求具有额外的功能，如其自诊断功能的扩充。此外，由于具有多种不同的功能，也增加了在固件里存在缺陷的可能性。所以，现场设备9中的固件更新也利用现场总线8的通讯功能进行。

在这种情况下，固件的二值图像被传送到主机系统5，同时也通过控制总线6、I/O单元7以及现场总线8传送到现场设备9，然后现场设备9将收到的二值图像重写。固件的二值图像可以通过因特网从网站上得到。

图2为一图表，图示部分基金会现场总线的软件下载详细说明。此详细说明基于一种假设：利用现场总线通讯，现场设备9的固件将被更新；以及准备好PREPARE_FOR_DWNLD和CANCEL_DWNLD的指令。

然而，用于更新固件的现场设备存在以下问题。

使用快擦写只读存储器或者EEPROM，作为非易失性存储器的现场设备，可以通过现场总线更新固件。然而，在非易失性存储器更新期间，现场设备中的电流消耗会临时增加。

图3所示为快擦写只读存储器中的数据被重写时，电流消耗的实际测量值图表。当数据在快擦写只读存储器中被重写时，各扇区里的数据被擦除，以及，之后新的数据被写入快擦写只读存储器。表示扇区擦除过程中电流消耗增加的IDL(IDownload)值最大为20mA，实际测量为10mA。此外，用于数据写入的电流消耗增加最大为20mA，而实际测量为1mA。根据这些测量，发现主要在扇区擦除期间内，电流消耗明显增加。

所以，在主机系统5任意地重写存储于现场设备9里的固件时，在设计电源电路和其它组件时，必须考虑到每个现场设备的电流消耗会有20mA的增长。因此，成本会增加。

当主机系统5为现场设备9一个个地更新固件时，电流消耗最多可降至20mA。然而，由于现场总线8的传输速率(31.25kbps)限制，例如，更新每个设备需要大约30分钟。当一个段配置有10个现场设备9时，为了更新所有的现场设备9，最多要花费300分钟，所以这是不实用的。

假设固件的大小大约300K字节，通讯间隔为1秒，并且每个通讯间隔期间内传送的字节数为大约200字节，重写所要求的更新时间如下。

更新时间＝ROM容量×通讯间隔(秒)/传输的字节数

        ＝300k×1/200

        ＝1500秒＝25分钟

所以，由于供给现场设备9的电源变得不充足，数据不能被重写，以及可以连接到现场总线8上的现场设备9的数量受到限制。

发明内容

本发明的目的是为现场设备提供一种存储更新系统，该存储更新系统可以将固件更新期间的电流消耗增长最小化，还可以缩短更新时间。在本说明书中，主机系统负责为现场设备更新固件。然而，本发明还能通过使用符合现场总线标准的“临时设备”应用于固件的更新，例如，为了现场设备的维护、或者为了现场设备参数设置而临时连接的设置工具。该临时设备还包括本说明书中描述的主机系统。

附图说明

图1为一图表，图示一常规过程控制系统配置；

图2为一图表，图示基金会现场总线详细说明的一部分；

图3所示为非易失性存储器更新期间电流消耗的特性图表；

图4是表示根据本发明一个实施例的配置图；

图5是表示MAU(媒体连接单元)的示意结构图；

图6是解释将要从现场总线取出的电流增长的图；以及

图7是解释本发明实施例的执行过程的流程图。

优选具体实施例

参考附图详细说明本发明的实施例。由于本实施例过程控制系统的主要配置和图1所示配置相同，就不再做进一步解释。将现场设备9分成段，并依照过程控制系统的配置进行管理，以及，在一个段内包括多个现场设备9。这些段用作单元，用于更新现场设备9的非易失性存储器中的内容。

图4图示说明根据本发明实施例的一个现场设备9。图5图示说明用于该实施例的MAU(媒体连接单元)配置。

在图4和图5中，MAU 11被连接到现场总线(图4和图5中未示出)，并且作用为D/A转换器和A/D转换器、发送/接收电路、以及产生内部电源电压的电路。MAU 11还起电流控制电路作用。

FB调制解调器12将信号转换成输出到现场总线的形式，并且将沿现场总线传输的信号反向转换。图5中TxD和TxS是输出到现场总线的信号，图5中RxD和RxS是从现场总线接收的信号。

快擦写只读存储器2存储数据，例如固件和配置数据。CPU 31控制整个现场设备。SRAM 32用作CPU 31的工作区。

逻辑电路33包括必需的数字电路。EEPROM 34存储CPU 31使用的参数。CPU31、SRAM 32、逻辑电路33、FB调制解调器12和快擦写只读存储器2通过现场总线35互相连接。从测量过程参数的传感器4输出的信号被发送到CPU 31。

依照存储在快擦写存储器2里的程序，CPU 31提取传感器4的输出以及沿着现场总线传送的数据，对控制输出进行计算，并把结果输出到现场总线35。

如上所述，为了重写非易失性存储器(如快擦写只读存储器2)的内容，必须在重写前擦除存储在该非易失性存储器里的数据。当现场设备9接收到更新指令时，为了存储器的更新，现场设备9转换到备用状态。也就是说，CPU 31激活ICTRL(电流增加控制信号；正逻辑)，以及，从现场总线提供的电流增加到高于正常值。在存储器中的数据擦除完成之后，CPU 31解除电流增加控制信号，从现场总线提供的电流恢复到正常值。

通常，为了擦除存储器，根据基金会现场总线的软件下载标准，现场设备9被设置成DWNLD_PREPARING状态。也就是说，主机系统5对现场设备9是否处在DWNLD_PREPARING状态进行监视，以确定存储器当前是否被擦除。

当现场设备9之一在准备更新存储器时，通过监测每个现场设备9的DWNLD_PREPARING状态，主机系统5不向其它现场设备发送更新指令。因此，可以避免两个或更多的现场设备同时执行擦除操作时所要求的大量电流消耗。

图5中，当来自ICTRL的触发信号被发送到电流控制电路40时，电流控制电路40控制从现场总线提供的电流Iset提高。

换言之，如图6所示，依照CPU 31中的程序，在对快擦写只读存储器2进行擦除前，ICTRL(电流增加控制信号)被设置为高水平(H)，并且在完成擦除之后被设置为低水平(L)。

当电流Iset急剧地增加或减少时，经过现场总线的通信受到不利影响。因而，依照现场总线的物理层标准(IEC 61158-2)，电流变化的趋势必须是恒定值或者较小。所以电流控制电路40包括一个适当的时间常数电路，以抑制电流Iset的变化率。电流探测电阻43是将电流Iset维持在要求值的反馈电阻，并与电流控制电路40连接。

在软件下载标准(FF-883)为基金会现场总线定义的状态中，执行快擦除只读存储器擦除的状态通常应该为DWNLD_PREPARING状态。当主机系统5将下载准备指令PREPARE_FOR_DWNLD写成参数DOMAIN_DESCRIPTER时，执行转换到DWNLD_PREPARING状态。通过将此写入操作作为触发，快擦写只读存储器2的内容被擦除。

用于擦除快擦写只读存储器2的内容所要求的Iset增加的时间是几秒到几十秒，取决于快擦写只读存储器2的特性。只要位于同一现场总线段内的快擦写只读存储器2擦除的时间不重叠，整个总线的电流增加只是ΔIset。作为结果，可以降低设备连接到现场总线的限制。

图7是表示更新快擦写只读存储器2过程的流程图。首先，在步骤A-1，获取段内所有设备型号的信息，如制造和目标的型号、节点地址、标识和固件修订号。这些信息可以在执行程序时获得，或者预先通过特定方式获得。

在步骤A-2，获取将要更新固件的型号的信息。这些信息包括更新存储器的现场设备的数量，在本实施例中，现场设备的数量被指定为“N”。然后，在步骤A-3，选择存储将要更新的二值图像的文件。

在步骤A-4，将已经更新的设备的数量“m”设置为0；在步骤A-5，将“n”设置为1。在步骤A-6，进行检查，以确定是否段内的所有现场设备的更新都已完成。此过程是这样确定的：将已经更新的现场设备的数量“m”与需要更新的现场设备的数量“N”进行比较，其差额是否小于1。

在步骤A-7，进行检查，以确定是否所有将要更新的现场设备当前都已为更新操作做好准备。当现场设备之一当前在准备中时，程序控制退回到步骤A-7之前(入口状态)，并在步骤A-7等待，直到所有要更新的现场设备都完成了更新操作的准备。

当所有要更新的现场设备为存储器更新做好准备时，在步骤A-8，更新指令被发送到第n个现场设备，用于开始更新的数据发送。然后，在步骤A-9，“n”增加1。

在步骤A-10，当段内的一个现场设备的更新完成时，例如，段内任一现场设备当前均不执行更新操作时，已经完成更新的设备的数量“m”增加1，并且程序控制回到步骤A-6。当段内现场设备的更新在继续执行时，程序控制不执行任何更进一步的过程，退回到步骤A-6。

具体而言，在步骤A-7，确认所有将要更新的现场设备已经为存储器的更新做好准备，更新指令被顺序地发送到现场设备，以开始更新数据的传送。所以，由于一次只执行一个现场设备的存储器的擦除，电流消耗的增加可以被降到最小。

另外，由于仅有少量电流消耗增加的写操作是并行执行的，所以可以显著缩短存储器的更新时间。在一个段连接有10个现场设备的情况下，这些现场设备的擦除是逐个进行的，并且这10个现场设备的快擦写只读存储器2的写入操作是并行执行的，由于擦除该快擦除只读存储器2中所有扇区需要15到30秒，

更新时间＝快擦除只读存储器2的数据擦除时间×连接设备数量+每个设备的写操作时间

＝15秒×10+30分钟

＝32.5分钟

这样，在采取逐个设备更新操作方式所需时间的约十分之一内，可以完成此种更新操作。

本实施例可以获得以下优点：

当探测到当前没有将要更新非易失性存储器的现场设备正在为更新存储器做准备时，更新指令被发送给一要更新的现场设备，并且更新数据也被发送到该现场设备。

在存储器更新的准备期间，进行需要大量电流消耗的存储器的擦除。根据本发明的实施例，只有在当前没有现场设备为存储器的更新做准备时，才发送更新指令，所以一次只允许一个现场设备存储器的擦除。只有在存储器内的数据擦除时，现场设备才改变电流增加控制信号，并将从现场总线提供的电流增加到大于正常值。接着，在完成该存储器擦除后，现场设备将电流增加控制信号恢复到初始水平，并将从现场总线提供的电流恢复到正常值。按照这样的安排，整个现场总线的电流消耗增长可以被减到最小。

因此，在存储器更新的过程中不会发生电流不足，连接到一个段的现场设备的数量的强制限制也可以被取消了。此外，存储器的更新只需要很短的时间。

另外，由于依照现场总线基金会标准，从现场总线提供的电流的增加时间被定义为DWNLD_PREPARING状态所在的时间，更新过程可以依照标准来执行。

此外，由于在电流增长及减小期间内，从现场总线提供电流的变化率受到时间常数电路的抑制，因此可防止经过现场总线的通信波动。

Claims (5)

1.一种用于现场设备的存储器更新系统，包括：

现场总线；

一个或多个现场设备，其采用非易失性存储器并且连接到所述现场总线；

主机系统，其直接或间接地连接到所述现场总线，并将更新指令和更新数据发送到所述现场设备之一，以更新所述现场设备的所述非易失性存储器；以及

电流控制电路，其控制从所述现场总线提供的电流；

其中，在所述现场设备擦除存在于所述非易失性存储器中的数据之前，所述电流控制电路增加从所述现场总线提供的电流至大于正常值的数值；以及，在所述现场设备完成存在于所述非易失性存储器中的所述数据擦除之后，从所述现场总线提供的电流恢复到所述正常值。

2.根据权利要求1所述的存储器更新系统，

其中，在从所述现场总线提供的所述电流增加期间，所述现场设备处于DWNLD_PREPARING状态，符合基金会现场总线的软件下载标准。

3.根据权利要求1所述的存储器更新系统，

其中所述电流控制电路具有电流变化率限制电路，其限制由所述现场总线提供电流的变化率。

4.根据权利要求3所述的存储器更新系统，

其中所述电流变化率限制电路是时间常数电路。

5.根据权利要求1所述的存储器更新系统，

其中所述现场设备输出状态信息，指示所述现场设备处于为更新所述非易失性存储器的准备状态；以及

基于由所述现场设备输出的所述状态信息，所述主机系统选择一将要更新所述非易失性存储器的现场设备。

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