如何將系統軟硬件環(huán)境帶到合適狀態(tài)解析方案

BootLoader通常稱為“系統的引導加載程序”，是系統加電或復位后執(zhí)行的第一段程序代碼[1]。這段程序的主要任務是，實現硬件設備初始化并建立內存空間的映射圖，從而將系統的軟硬件環(huán)境帶到一個合適的狀態(tài)，以便為最終調用操作系統內核或用戶應用程序準備好正確的環(huán)境。通常， BootLoader包含兩種不同的加載和啟動引導方式，即啟動加載方式和下載方式。

① 啟動加載(boot loading)方式。這種引導方式也稱為“自主(autonomous)引導方式”，也即BootLoader從目標機的某個固態(tài)存儲設備上將操作系統加載到RAM中并引導運行，整個過程并沒有用戶的介入。這種引導方式是BootLoader的正常工作模式下普遍采用的一種引導方式。因此在嵌入式產品發(fā)布的時候，BootLoader一般以這種引導方式對內核代碼進行啟動引導。

② 下載(down loading)方式。在這種引導方式下目標機上的BootLoader將通過串口連接或網絡連接等通信手段從主機下載文件，如下載應用程序、數據文件、內核映像等。從主機下載的文件通常首先被BootLoader保存到目標機的RAM中，然后再被BootLoader寫到目標機上的固態(tài)存儲設備中，其后完成內核的引導運行。BootLoader的這種引導方式通常在系統研發(fā)和更新時使用。

在嵌入式系統研發(fā)階段，現有的BootLoader下載引導方式又可根據加載途徑的不同細分為以下幾種：

① 通過Ethernet網口從宿主機下載內核到目標板，從而實現軟件系統啟動;

② 通過串口從宿主機下載內核到目標板從而實現軟件系統啟動;

③ 直接從Flash中提取已存儲的內核，從而實現軟件系統的啟動。

總結以上幾種引導方式會發(fā)現，它們有些共同的弊端;在系統調試時需要進行宿主機與目標板間的硬件線路的實際連接，使用起來不夠方便，且燒片的速度比較緩慢，調試的效率不高;硬件方面需要大容量的Flash的支持，增加了研發(fā)成本;進行內核更新時顯得不夠靈活。為此，采用可移動的存儲介質對系統內核進行存儲(如SD卡、CF卡等)，從而實現對系統內核的靈活調試和引導。這種引導方式的好處是，在調試時無需把宿主機和目標板進行硬件連接，提高了調試的效率，使用起來更便捷、更靈活;進行內核更新時顯得更為靈活，只需把更新內核轉存到指定目錄，此外它的實現也比較簡單。進行這方面的改進時只需做以下工作：在硬件方面，增加針對特定移動存儲介質的硬件電路，而在中大型系統中，有關移動存儲介質的硬件電路(如SD卡、CF卡等相關的電路)是現成的，所以硬件部分也可忽略;在BootLoader程序內部，只需添加對移動存儲介質(如CF卡、SD卡等)基于文件系統進行存儲訪問的指令。按此思路，在已有硬件平臺的基礎上針對移動設備SD卡對原有BootLoader進行了改進。下面介紹實現過程。

1 硬件平臺

本次改進測試的硬件平臺是由英蓓特公司開發(fā)的基于LPC2294 ARM控制器的LPC22EB06I實驗平臺。其上的主要功能模塊有：

① 2 MB的Flash、1 MB的SRAM(可擴展到4 MB)、256B具有I2C接口的E2PROM等存儲器;

② 2個RS232(其中一路可接Modem)、RS485、CAN等通信總線接口;

③ 2個調試接口：LPT和JTAG調試接口;

④ 支持CF卡、SD/MMC等移動存儲介質;

⑤ 支持128×128真彩顯示。

圖1是其硬件功能框圖。

圖1 LPC22EB06I開發(fā)平臺功能框圖

2 BootLoader的改進設計

2.1 原有BootLoader功能

原來的BootLoader具有如下功能：

① 串口下載功能，通過串口下載內核到指定RAM區(qū);

② Flash燒寫功能，從RAM區(qū)燒寫數據到Flash中;

③ 數據區(qū)內塊搬移功能;

④ 其他功能。其指令封裝結構如下：

struct _CMD_TBL {

char *cmd;//命令字

bool(*run)(struct _CMD_TBL*cptr,int argc,char**argv);//指向具體的功能處理函數

char*usage;//命令使用方法信息

char*help;//幫助信息

char*helpMore;

};