如何将系统软硬件环境带到合适状态解析方案

BootLoader通常称为“系统的引导加载程序”，是系统加电或复位后执行的第一段程序代码[1]。这段程序的主要任务是，实现硬件设备初始化并建立内存空间的映射图，从而将系统的软硬件环境带到一个合适的状态，以便为最终调用操作系统内核或用户应用程序准备好正确的环境。通常， BootLoader包含两种不同的加载和启动引导方式，即启动加载方式和下载方式。

① 启动加载(boot loading)方式。这种引导方式也称为“自主(autonomous)引导方式”，也即BootLoader从目标机的某个固态存储设备上将操作系统加载到RAM中并引导运行，整个过程并没有用户的介入。这种引导方式是BootLoader的正常工作模式下普遍采用的一种引导方式。因此在嵌入式产品发布的时候，BootLoader一般以这种引导方式对内核代码进行启动引导。

② 下载(down loading)方式。在这种引导方式下目标机上的BootLoader将通过串口连接或网络连接等通信手段从主机下载文件，如下载应用程序、数据文件、内核映像等。从主机下载的文件通常首先被BootLoader保存到目标机的RAM中，然后再被BootLoader写到目标机上的固态存储设备中，其后完成内核的引导运行。BootLoader的这种引导方式通常在系统研发和更新时使用。

在嵌入式系统研发阶段，现有的BootLoader下载引导方式又可根据加载途径的不同细分为以下几种：

① 通过Ethernet网口从宿主机下载内核到目标板，从而实现软件系统启动;

② 通过串口从宿主机下载内核到目标板从而实现软件系统启动;

③ 直接从Flash中提取已存储的内核，从而实现软件系统的启动。

总结以上几种引导方式会发现，它们有些共同的弊端;在系统调试时需要进行宿主机与目标板间的硬件线路的实际连接，使用起来不够方便，且烧片的速度比较缓慢，调试的效率不高;硬件方面需要大容量的Flash的支持，增加了研发成本;进行内核更新时显得不够灵活。为此，采用可移动的存储介质对系统内核进行存储(如SD卡、CF卡等)，从而实现对系统内核的灵活调试和引导。这种引导方式的好处是，在调试时无需把宿主机和目标板进行硬件连接，提高了调试的效率，使用起来更便捷、更灵活;进行内核更新时显得更为灵活，只需把更新内核转存到指定目录，此外它的实现也比较简单。进行这方面的改进时只需做以下工作：在硬件方面，增加针对特定移动存储介质的硬件电路，而在中大型系统中，有关移动存储介质的硬件电路(如SD卡、CF卡等相关的电路)是现成的，所以硬件部分也可忽略;在BootLoader程序内部，只需添加对移动存储介质(如CF卡、SD卡等)基于文件系统进行存储访问的指令。按此思路，在已有硬件平台的基础上针对移动设备SD卡对原有BootLoader进行了改进。下面介绍实现过程。

1 硬件平台

本次改进测试的硬件平台是由英蓓特公司开发的基于LPC2294 ARM控制器的LPC22EB06I实验平台。其上的主要功能模块有：

① 2 MB的Flash、1 MB的SRAM(可扩展到4 MB)、256B具有I2C接口的E2PROM等存储器;

② 2个RS232(其中一路可接Modem)、RS485、CAN等通信总线接口;

③ 2个调试接口：LPT和JTAG调试接口;

④ 支持CF卡、SD/MMC等移动存储介质;

⑤ 支持128×128真彩显示。

图1是其硬件功能框图。

图1 LPC22EB06I开发平台功能框图

2 BootLoader的改进设计

2.1 原有BootLoader功能

原来的BootLoader具有如下功能：

① 串口下载功能，通过串口下载内核到指定RAM区;

② Flash烧写功能，从RAM区烧写数据到Flash中;

③ 数据区内块搬移功能;

④ 其他功能。其指令封装结构如下：

struct _CMD_TBL {

char *cmd;//命令字

bool(*run)(struct _CMD_TBL*cptr,int argc,char**argv);//指向具体的功能处理函数

char*usage;//命令使用方法信息

char*help;//帮助信息

char*helpMore;

};