如何將系統(tǒng)軟硬件環(huán)境帶到合適狀態(tài)解析方案

BootLoader通常稱為“系統(tǒng)的引導(dǎo)加載程序”，是系統(tǒng)加電或復(fù)位后執(zhí)行的第一段程序代碼[1]。這段程序的主要任務(wù)是，實(shí)現(xiàn)硬件設(shè)備初始化并建立內(nèi)存空間的映射圖，從而將系統(tǒng)的軟硬件環(huán)境帶到一個(gè)合適的狀態(tài)，以便為最終調(diào)用操作系統(tǒng)內(nèi)核或用戶應(yīng)用程序準(zhǔn)備好正確的環(huán)境。通常， BootLoader包含兩種不同的加載和啟動(dòng)引導(dǎo)方式，即啟動(dòng)加載方式和下載方式。

① 啟動(dòng)加載(boot loading)方式。這種引導(dǎo)方式也稱為“自主(autonomous)引導(dǎo)方式”，也即BootLoader從目標(biāo)機(jī)的某個(gè)固態(tài)存儲(chǔ)設(shè)備上將操作系統(tǒng)加載到RAM中并引導(dǎo)運(yùn)行，整個(gè)過程并沒有用戶的介入。這種引導(dǎo)方式是BootLoader的正常工作模式下普遍采用的一種引導(dǎo)方式。因此在嵌入式產(chǎn)品發(fā)布的時(shí)候，BootLoader一般以這種引導(dǎo)方式對(duì)內(nèi)核代碼進(jìn)行啟動(dòng)引導(dǎo)。

② 下載(down loading)方式。在這種引導(dǎo)方式下目標(biāo)機(jī)上的BootLoader將通過串口連接或網(wǎng)絡(luò)連接等通信手段從主機(jī)下載文件，如下載應(yīng)用程序、數(shù)據(jù)文件、內(nèi)核映像等。從主機(jī)下載的文件通常首先被BootLoader保存到目標(biāo)機(jī)的RAM中，然后再被BootLoader寫到目標(biāo)機(jī)上的固態(tài)存儲(chǔ)設(shè)備中，其后完成內(nèi)核的引導(dǎo)運(yùn)行。BootLoader的這種引導(dǎo)方式通常在系統(tǒng)研發(fā)和更新時(shí)使用。

在嵌入式系統(tǒng)研發(fā)階段，現(xiàn)有的BootLoader下載引導(dǎo)方式又可根據(jù)加載途徑的不同細(xì)分為以下幾種：

① 通過Ethernet網(wǎng)口從宿主機(jī)下載內(nèi)核到目標(biāo)板，從而實(shí)現(xiàn)軟件系統(tǒng)啟動(dòng);

② 通過串口從宿主機(jī)下載內(nèi)核到目標(biāo)板從而實(shí)現(xiàn)軟件系統(tǒng)啟動(dòng);

③ 直接從Flash中提取已存儲(chǔ)的內(nèi)核，從而實(shí)現(xiàn)軟件系統(tǒng)的啟動(dòng)。

總結(jié)以上幾種引導(dǎo)方式會(huì)發(fā)現(xiàn)，它們有些共同的弊端;在系統(tǒng)調(diào)試時(shí)需要進(jìn)行宿主機(jī)與目標(biāo)板間的硬件線路的實(shí)際連接，使用起來不夠方便，且燒片的速度比較緩慢，調(diào)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(jìn)行內(nèi)核更新時(shí)顯得不夠靈活。為此，采用可移動(dòng)的存儲(chǔ)介質(zhì)對(duì)系統(tǒng)內(nèi)核進(jìn)行存儲(chǔ)(如SD卡、CF卡等)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)內(nèi)核的靈活調(diào)試和引導(dǎo)。這種引導(dǎo)方式的好處是，在調(diào)試時(shí)無需把宿主機(jī)和目標(biāo)板進(jìn)行硬件連接，提高了調(diào)試的效率，使用起來更便捷、更靈活;進(jìn)行內(nèi)核更新時(shí)顯得更為靈活，只需把更新內(nèi)核轉(zhuǎn)存到指定目錄，此外它的實(shí)現(xiàn)也比較簡單。進(jìn)行這方面的改進(jìn)時(shí)只需做以下工作：在硬件方面，增加針對(duì)特定移動(dòng)存儲(chǔ)介質(zhì)的硬件電路，而在中大型系統(tǒng)中，有關(guān)移動(dòng)存儲(chǔ)介質(zhì)的硬件電路(如SD卡、CF卡等相關(guān)的電路)是現(xiàn)成的，所以硬件部分也可忽略;在BootLoader程序內(nèi)部，只需添加對(duì)移動(dòng)存儲(chǔ)介質(zhì)(如CF卡、SD卡等)基于文件系統(tǒng)進(jìn)行存儲(chǔ)訪問的指令。按此思路，在已有硬件平臺(tái)的基礎(chǔ)上針對(duì)移動(dòng)設(shè)備SD卡對(duì)原有BootLoader進(jìn)行了改進(jìn)。下面介紹實(shí)現(xiàn)過程。

1 硬件平臺(tái)

本次改進(jìn)測試的硬件平臺(tái)是由英蓓特公司開發(fā)的基于LPC2294 ARM控制器的LPC22EB06I實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。其上的主要功能模塊有：

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

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

③ 2個(gè)調(diào)試接口：LPT和JTAG調(diào)試接口;

④ 支持CF卡、SD/MMC等移動(dòng)存儲(chǔ)介質(zhì);

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(tái)功能框圖

2 BootLoader的改進(jìn)設(shè)計(jì)

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(nèi)核到指定RAM區(qū);

② Flash燒寫功能，從RAM區(qū)燒寫數(shù)據(jù)到Flash中;

③ 數(shù)據(jù)區(qū)內(nèi)塊搬移功能;

④ 其他功能。其指令封裝結(jié)構(gòu)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(shù)

char*usage;//命令使用方法信息

char*help;//幫助信息

char*helpMore;

};