一种保障光路连续性的WSS在线程序更新方法与流程

本技术涉及光通信与光网络设备控制，尤其是一种保障光路连续性的wss在线程序更新方法。

背景技术：

1、wss（wavelength selective switch，波长选择开关）是现代光通信网络中的核心光器件，广泛应用于动态可重构光分插复用器（roadm）、光交叉连接（oxc）等系统中，用于实现多波长信号的灵活调度与路由选择。随着5g、数据中心互联（dci）和算力网络的发展，光网络对wss的智能化、可编程性和可靠性提出了更高要求。

2、wss通常采用片上系统（soc）架构实现，例如采用xilinx zynq系列或zynqultrascale+mpsoc系列的现场可编程门阵列（fpga），该类芯片集成处理系统（processingsystem，ps）与可编程逻辑（programmable logic，pl）。其中，ps端运行嵌入式软件，负责协议处理、管理通信、lcos（liquid crystal on silicon，硅基液晶）图像生成与用户接口；pl端实现高速逻辑控制、波长切换、lcos驱动与时序控制。wss的光学输出依赖于lcos上显示的图像内容，ps端通过直接内存访问通道（如vdma通道）将生成的图像数据传输至pl端存储芯片ddr，再由pl端的lcos驱动逻辑从存储芯片ddr中读取并驱动lcos显示，从而实现目标波长的光路选择与切换。

3、为支持远程运维、功能迭代与漏洞修复，wss需要具备软件程序在线更新能力。传统更新方法多采用单区flash启动或整片替换，但这些方法在更新期间存在以下问题：1）更新过程中ps重启会导致管理端（例如uart/i²c/spi/以太网等）丢失连接；2）ps重启后重新初始化敏感光学器件寄存器的值如gamma值，导致光路输出发生跳变甚至熄灭；3）ps重启后需重新传输数据，数据通过vdma/axi通道更新时，若在中间阶段掐断输入，可能产生图像撕裂或花屏；4）新版本损坏或不兼容时，易导致设备无法正常启动运行；5）程序写入时易因链路异常/传输错误导致写入错误数据。此外，现有技术中虽有双bank flash方案用于固件冗余，但多集中于存储层切换，无法保障wss在线程序更新时的光路连续性。

技术实现思路

1、本技术针对上述问题及技术需求，提出了一种保障光路连续性的wss在线程序更新方法，本技术的技术方案如下：

2、一种保障光路连续性的wss在线程序更新方法，wss包括处理系统ps、可编程逻辑pl和硅基液晶lcos，处理系统ps连接有flash存储器和外部非易失性存储器；wss在线程序更新方法包括如下步骤：

3、将flash存储器划分为至少三个存储区域，分别为用于存储引导程序镜像和恢复程序镜像的第一存储区域、用于存储主程序镜像的第二存储区域和用于存储备份程序镜像的第三存储区域；将wss的图像生成参数存储至外部非易失性存储器，图像生成参数用于生成符合当前光路调度需求的硅基液晶lcos显示图像；

4、响应于接收到在线更新指令，将第二存储区域中当前的主程序镜像复制至第三存储区域，并对复制至第三存储区域的主程序镜像进行数据完整性校验；在复制至第三存储区域的主程序镜像的数据完整性校验通过后，将接收到的更新程序镜像写入第二存储区域，并对写入第二存储区域的更新程序镜像进行数据完整性校验；

5、响应于写入第二存储区域的更新程序镜像的数据完整性校验通过，仅对处理系统ps执行复位操作，使可编程逻辑pl侧保持运行，以维持硅基液晶lcos的显示内容在处理系统ps复位期间保持不变；

6、处理系统ps复位重启后，从外部非易失性存储器读取图像生成参数，根据图像生成参数恢复图像显示，并恢复可编程逻辑pl侧接收新图像帧。

7、其进一步的技术方案为，第一存储区域中的引导程序镜像在wss上电启动时完成对可编程逻辑pl侧光学敏感寄存器的初始化配置；第二存储区域和第三存储区域中的程序镜像在启动过程中不再重复配置光学敏感寄存器；光学敏感寄存器是用于控制可编程逻辑pl侧硅基液晶lcos的光学输出参数的寄存器。

8、其进一步的技术方案为，仅对处理系统ps执行复位操作，使可编程逻辑pl侧保持运行包括：

9、检测图像帧传输状态并确定当前完整图像帧传输结束后，将可编程逻辑pl侧在处理系统ps复位期间持续输出当前已完成传输的完整图像帧，以维持硅基液晶lcos的显示内容在处理系统ps复位期间保持不变。

10、其进一步的技术方案为，将可编程逻辑pl侧在处理系统ps复位期间持续输出当前已完成传输的完整图像帧包括：

11、响应于接收到处理系统ps复位请求，监测axi-stream接口传输的图像帧数据的头部校验位和尾部校验位，当检测到头部校验位的校验值指示当前完整图像帧开始，且检测到尾部校验位的校验值指示当前完整图像帧结束后，确定当前完整图像帧传输结束；

12、关闭直接内存访问写通道，停止接收新图像帧数据。

13、其进一步的技术方案为，确定当前完整图像帧传输结束包括：

14、利用布置在axi-stream接口处的计数器在检测到图像帧数据的头部校验位，并确定头部校验位对应的校验值正确后开始计数；当计数器的计数数量达到完整图像帧对应的数据数量，并确定尾部校验位对应的校验值正确时，清零计数器，确定当前完整图像帧传输结束。

15、其进一步的技术方案为，wss在线程序更新方法还包括：

16、当写入第二存储区域的更新程序镜像的数据完整性验证失败时，从第三存储区域读取备份程序镜像，并重新写入第二存储区域，并加载重新写入第二存储区域中的备份程序镜像以恢复至更新前的正常运行状态。

17、其进一步的技术方案为，在线更新指令和更新程序镜像通过异步收发传输协议进行传输，在线更新指令携带目标版本号与目标校验和；

18、wss在线程序更新方法还包括：

19、在传输更新程序镜像前，处理系统ps对接收到的目标版本号进行合法性校验，当目标版本号合法性校验通过后传输更新程序镜像；在接收完更新程序镜像后，计算更新程序镜像的校验和并与目标校验和进行比对，当比对结果一致时将第二存储区域中当前的主程序镜像复制至第三存储区域。

20、其进一步的技术方案为，wss在线程序更新方法还包括：

21、wss上电启动时，基于multi_boot机制加载第二存储区域的主程序镜像并进行上电启动校验；当第二存储区域中的主程序镜像在上电启动校验中失败时，基于multi_boot机制加载第三存储区域中的备份程序镜像并进行上电启动校验；当第三存储区域中的备份程序镜像在上电启动校验中失败时，从第一存储区域加载恢复程序镜像。

22、其进一步的技术方案为，对处理系统ps执行复位操作包括：

23、调用仅复位处理系统ps的功能接口对处理系统ps执行复位操作。

24、其进一步的技术方案为，对复制至第三存储区域的主程序镜像或写入第二存储区域的更新程序镜像进行数据完整性校验包括：

25、利用串行外设接口协议读回存储区域中写入的程序镜像，当读回程序镜像的校验和与写入前程序镜像的校验和一致，并且，读回程序镜像的版本号与写入前程序镜像的版本号一致时，确定数据完整性校验通过。

26、本技术的有益技术效果是：

27、本技术公开的一种保障光路连续性的wss在线程序更新方法，通过将flash存储器划分为用于存储引导程序镜像和恢复程序镜像的第一存储区域、用于存储主程序镜像的第二存储区域和用于存储备份程序镜像的第三存储区域，在收到在线更新指令后先将第二存储区域中的当前主程序镜像备份至第三存储区域，再将更新程序镜像写入第二存储区域，并对备份和写入的程序镜像分别进行数据完整性校验，仅在校验通过后才对处理系统ps执行复位操作，使可编程逻辑pl侧保持运行，从而维持硅基液晶lcos的显示内容在ps复位期间保持不变；ps复位重启后，从外部非易失性存储器读取图像生成参数恢复图像显示。该方法实现了处理系统ps端软件安全、可靠、可回滚式的在线更新，更新过程中lcos显示内容保持不变，保障了wss光路的连续性，避免了更新期间光路输出发生跳变或熄灭；同时通过数据完整性校验与备份机制，确保了更新过程的安全可靠性并具备失效恢复能力。该方法有效解决了传统在线程序更新方式中存在的通信中断、图像跳变、升级失败造成设备白板等问题，满足了光通信设备对高可用性、高可靠性的严苛要求，具有较高的产业化前景和推广应用价值。

28、通过由第一存储区域中的引导程序镜像在wss上电启动时完成对可编程逻辑pl侧光学敏感寄存器的初始化配置，而第二存储区域和第三存储区域中的程序镜像在启动过程中不再重复配置光学敏感寄存器，使得后续处理系统ps复位重启时不会重新初始化lcos光学敏感寄存器，避免了因寄存器重新配置而引发的光学参数跳变，从源头上保障了更新过程中的光路稳定性。

29、在处理系统ps复位前检测图像帧传输状态，仅在确认当前完整图像帧传输结束后才将显示内容锁定在当前完整图像帧，并通过监测帧起始信号和帧结束信号精确确定帧边界，避免了在帧传输中途冻结导致的图像撕裂或花屏；同时通过关闭直接内存访问写通道、可编程逻辑pl侧在处理系统ps复位期间持续输出当前已完成传输的完整图像帧，实现了真正意义上的图像定格显示，确保ps复位期间lcos显示内容完整、稳定、无跳变、无黑屏，为更新过程中光路连续性的保障提供了确切的技术支撑。

30、另外，通过在更新流程的各个环节设置多级校验，构建了全链路的数据安全保障体系：首先，在传输更新程序镜像前对目标版本号进行合法性校验，避免因误操作导致的错误升级或版本回退；其次，在接收完更新程序镜像后计算校验和并与目标校验和进行比对，确保传输过程中数据完整无损，防止因链路异常或传输错误导致损坏数据被继续使用；再次，对复制至第三存储区域的备份主程序镜像进行数据完整性校验，确保备份镜像可靠可用，为后续回滚提供安全底座；最后，对写入第二存储区域的更新程序镜像执行写后读回数据完整性校验，及时发现flash写入过程中的位翻转、写入错误等问题，确保写入存储区域的数据与实际所需完全一致。通过上述传输前、传输后、备份后、写入后的多级校验层层把关，任何环节的数据异常均能被及时拦截并终止更新流程，且不破坏现有程序，从根本上防止了错误数据被写入存储区域，大幅提升了wss在线更新过程的安全性、可靠性和可追溯性。