CN101814020A - 一种基于嵌入式的程序快速执行方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于嵌入式的程序快速执行方法及系统。本发明系统包括启动单元，用于引导嵌入式系统进行初始化等工作；内核单元，用于完成嵌入式系统底层和上层的连接；文件系统单元，用于管理和存储文件信息；API函数库单元，用于API函数的存储；API函数表单元，用于API函数的定位与寻找；应用程序单元，用于应用程序的运行；内存拷贝单元用于操作系统的升级。本发明技术方案简化了程序运行时繁杂的动态加载过程，实现了应用程序和库函数的快速链接，加快了程序的运行速度。

Description

一种基于嵌入式的程序快速执行方法及系统

技术领域

本发明涉及嵌入式系统领域，具体涉及一种基于嵌入式的程序快速执行方法及系统。

背景技术

一般目前主流的嵌入式操作系统应用程序调用库函数都是采用静态链接和动态链接的方式。

静态链接是由链接器在链接时将库的内容加入到可执行程序中的做法。链接器是一个独立程序，是将一个或多个库或目标文件(先前由编译器或汇编器生成)链接到一块生成可执行程序。

动态链接是在可执行文件装载时或运行时，由操作系统的装载程序加载库。大多数操作系统将解析外部引用(比如库)作为加载过程的一部分。在这些系统上，可执行文件包含一个叫做import directory的表，该表的每一项包含一个库的名字。根据表中记录的名字，装载程序在硬盘上搜索需要的库，然后将其加载到内存中预先不确定的位置，之后根据加载库后确定的库的地址更新可执行程序。可执行程序根据更新后的库信息调用库中的函数或引用库中的数据。这种类型的动态加载成为装载时加载，被包括Windows和Linux的大多数系统采用。装载程序在加载应用软件时要完成的最复杂的工作之一就是加载时链接。

但是，目前的静态链接和动态链接都存在一定缺陷：

静态链接的最大缺点是生成的可执行文件太大，需要更多的系统资源，在装入内存时也会消耗更多的时间。动态链接的最大缺点是可执行程序依赖分别存储的库文件才能正确执行。如果库文件被删除了，移动了，重命名了或者被替换为不兼容的版本了，那么可执行程序就可能工作不正常。这就是常说的DLL-hell。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于嵌入式的程序快速执行方法及系统，既解决了静态链接占用资源过多的问题，又解决了动态链接时繁杂的加载过程的问题，让应用程序在占用较小的空间下又能快速的运行。

为完成上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提供一种基于嵌入式的程序快速执行方法，包括：

预先定义应用程序编程接口API函数库、预先定义额外的空的API函数并预先定义API函数表；

判断应用程序是否需要调用定义的API函数库的其中一个API函数，若否，则结束，若是，在应用程序中加入跳转指令，跳转到定义的API函数表中对应的API函数标志处；

将Pc值相应改为函数入口地址；

在API函数表的引导下，应用程序进入到API函数库中执行上述的API函数。

优选的，所述预先定义API函数库包括：

在API函数库中定义各API函数，为所有的API函数分配函数标志、入口地址标志，入口地址标志指向API函数在内存中的入口地址；

将上述所有的API函数拷贝到对应的入口地址开始的连续单元内。

优选的，预先定义额外的空的API函数时还包括：为预先定义的额外的空的API函数分配函数标志和入口地址标志，并给入口地址标志分配对应的空闲的入口地址，为每个设定的API函数保留设定大小的空间。

优选的，预先定义的API函数表由API函数的函数标志，入口地址标志和指令组成，在函数标志后加上一条指令将API函数的入口地址标志所指的入口地址赋给PC指针。

预先定义API函数表的过程包括：

1)在API函数表中加入API函数标志，根据API函数的功能来给每个API函数赋予不同的函数标志；

2)将API函数以及权利要求3中所述定义的额外的空的API函数的函数标志及入口地址标志添加到API函数表中；

3)继续将剩余的API函数标志及入口地址标志添加到API函数表中；

4)判断步骤3)是否执行完成，若否，则继续返回步骤3)执行；若是，则结束。

本发明提供一种基于嵌入式的程序快速执行系统，包括：

启动单元、内核单元、文件系统单元、API函数库单元、API函数表单元、应用程序单元、内存拷贝单元；其中，所述启动单元、所述内核单元和所述文件系统单元共同构成了操作系统的运行环境，作为系统的最底层；API函数库单元和API函数表单元相连接共同组成了中间层；应用程序单元和内存拷贝单元组成了系统的最上层；

所述启动单元，用于引导嵌入式系统进行初始化等工作；

所述内核单元，用于完成嵌入式系统底层和上层的连接；

所述文件系统单元，用于管理和存储文件信息；

所述API函数库单元，用于定义和存储各类用户所要用到的API函数；

所述API函数表单元，用于存储API函数库中各类API函数的入口地址标志和函数标志；

所述应用程序单元，用于完成嵌入式设备的各项功能；

所述内存拷贝单元，用于扩充和完善API函数库。

当操作系统开始启动时，所述启动单元对系统进行初始化操作，随后由所述启动单元引导进入所述内核单元，由所述内核单元接管整个操作系统的运行；

所述文件系统单元为操作系统管理文件；

所述启动单元、所述内核单元和所述文件系统单元共同构成了操作系统的运行环境。

当有应用程序运行时，应用程序使用所述API函数库单元中的函数时，在应用程序中跳转到所需使用的API函数的函数标志处，则应用程序的执行进入到API函数表单元中寻找API函数，在API函数表中将PC地址跳转到该API函数对应的入口地址标志所指的地址处，使得所述应用程序调用到所需的函数。

当系统需要增加新的API函数时，或者所述API函数库需要升级时，只需将权利要求3中所述的预先定义的额外的空的API函数进行内存拷贝，将新的API函数拷贝到API函数表中空闲的入口地址处。

上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：

1.本发明可以完成嵌入式设备的所有功能需要，应用程序在执行时更加的高效。

2.本发明简化了程序运行时繁杂的动态加载过程，实现了应用程序和库函数的快速链接，加快了程序的运行速度。

3.本发明所示的操作系统升级只需进行内存拷贝，无需重新烧写系统，升级后的操作系统完全兼容上一版的操作系统，便于维护。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明所述方法流程图；

图2为本发明API函数库建立流程图；

图3为本发明API函数表建立流程图；

图4为本发明所述的系统整体结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明做详细描述。

本发明提供一种基于嵌入式的程序快速执行方法及系统，在嵌入式系统指定内存中开辟应用程序函数库，将各函数的函数标志和入口地址标志存放在一个表中，并且在这个文件中事先预留一些空函数库入口地址以便进行函数库升级和扩展，当所编写的应用程序需要调用这个函数库时，只需要简单地跳转到此函数的函数标志处，就可以实现应用程序和库函数的链接，让应用程序无需经过复杂的转换，大大加快了程序的运行速度。本发明简化了程序运行时繁杂的动态加载过程，实现了应用程序和库函数的快速链接，加快了程序的运行速度。

本发明的系统主要包括启动单元、内核单元、文件系统单元、API(Application Programming Interface，应用程序编程接口)函数库单元、API函数表单元、应用程序单元、内存拷贝单元。概括而言，启动单元，用于引导嵌入式系统进行初始化等工作；内核单元，用于完成嵌入式系统底层和上层的连接；文件系统单元，用于管理和存储文件信息；API函数库单元，用于API函数的存储；API函数表单元，用于API函数的定位与寻找；应用程序单元，用于应用程序的运行；内存拷贝单元用于操作系统的升级。

以下结合系统各单元对本发明方法进行详细说明。

图1为本发明所述的方法流程图。

如图1所示，包括：

步骤1、预先定义应用程序编程接口API函数库和预先定义额外的空的API函数，并预先定义API函数表；

1)定义API函数库。在函数库中定义许多API函数，为所有的API函数分配函数标志、入口地址标志，并给入口地址标志分配一个入口地址。入口地址由开发者根据程序大小进行分配，在以后需要把每个API函数烧写到其对应的API函数的入口地址处。函数标志提供了函数的标识，也就相当于函数的名字，入口地址标志则指向了API函数在内存中的入口地址。

例如清屏函数，为这个清屏函数取一个函数标志为ClearScreen，假设所述清屏函数的入口地址标志为_ClearScreen，清屏函数的入口地址为0x000008，再把它在内存中的入口地址赋给入口地址标志，即把这个地址赋给C1earScreen。

2)定义额外的空的API函数。并给这些空的API函数分配函数标志、入口地址标志，并给入口地址标志分配一个空闲的入口地址。并给所述每个额外定义的API函数保留适当的空间，所述定义的额外的空的API函数用来进行函数库的升级和扩展。

3)建立API函数表。API函数表由API函数的函数标志，入口地址标志和一些指令组成，一般在函数标志后加上一条指令将这个函数的入口地址标志所指的入口地址赋给PC指针。

步骤2、判断应用程序是否需要调用定义的API函数库的其中一个API函数，若否，则结束，若是，则执行步骤3；

步骤3、当步骤2中判断为应用程序需要调用API函数库时，在应用程序中加入跳转指令，跳转到定义的API函数表中对应的API函数标志处；

步骤4、将Pc值相应改为函数入口地址；

步骤5、在API函数表的引导下，应用程序进入到API函数库中执行上述的API函数。

图2为本发明API函数库建立流程图。

如图2所示：API函数库的建立步骤如下：

步骤11：为所有的API函数分配函数标志及入口地址标志，并给入口地址标志分配一个入口地址。函数标志提供了函数的标识，也就相当于函数的名字，入口地址标志则指向了API函数在内存中的入口地址；

步骤12：利用内存拷贝单元将上述所有的API函数拷贝到对应的入口地址开始的连续单元内。

图3为本发明API函数表建立流程图。

如图3所示：本发明所示方法中API函数表的建立步骤如下所示：

步骤31：在API函数表中加入API函数标志，可以根据API函数的功能来给每个API函数赋予不同的标志，比如该API函数的功能是清屏作用，函数标志可以设为ClearScreen。

步骤32：将API函数以及额外定义的空的API函数的函数标志及入口地址标志添加到API函数表中。即在函数标志后用一条指令将这个函数的入口地址标志所指的入口地址赋给PC指针，如果在应用程序中需要调用所述API函数库的某个API函数，只需要在应用程序中使用跳转指令跳转到API函数表中的API函数标志处，这样应用程序就可以调用这个API函数了。

步骤33：继续将剩余的API函数标志及入口地址标志添加到API函数表中。

步骤34：此步骤用于判断步骤33是否执行完成，如果判断为“否”，则继续返回步骤33；如果判断为是，则结束。

图4是本发明系统的整体结构图。

如图4所示，系统主要包括启动单元、内核单元、文件系统单元、API函数库单元、API函数表单元、应用程序单元、内存拷贝单元。其中：其中，所述启动单元、所述内核单元和所述文件系统单元共同构成了操作系统的运行环境，作为系统的最底层；API函数库单元和API函数表单元相连接共同组成了中间层；应用程序单元和内存拷贝单元组成了系统的最上层。

所述启动单元用于引导嵌入式系统进行初始化等工作。

所述内核单元用于完成嵌入式系统底层和上层的连接。

所述文件系统单元用于管理和存储文件信息。

所述API函数库单元用于定义和存储各类用户所要用到的API函数。

所述API函数表单元用于存储API函数库中各类API函数的入口地址标志和函数标志。

所述应用程序单元用于完成嵌入式设备的各项功能。

所述内存拷贝单元用于扩充和完善我们的API函数库，使嵌入式系统能完成更多的功能。

当操作系统开始启动时，所述启动单元对系统进行初始化操作，随后由所述启动单元引导进入所述内核单元，由所述内核单元接管整个操作系统的运行。所述文件系统单元主要为操作系统管理文件。所述启动单元、所述内核单元和所述文件系统单元共同构成了操作系统的运行环境。

当有应用程序运行时，应用程序需要使用所述API函数库单元中的函数时，在应用程序中需要跳转到所需使用的API函数的函数标志处，这样应用程序的执行就进入到API函数表单元中寻找API函数，在API函数表中将PC地址跳转到该API函数对应的入口地址标志所指的地址处，这样所述应用程序就可以调用到它所需的函数了，实现了程序的快速执行。

当系统需要增加新的API函数时，或者所述API函数库需要升级时，所述内存拷贝单元将新的API函数复制到所述API函数库单元中的空闲位置，即事先额外定义的一些空的API函数入口地址标志和函数标志，并更新所述API函数表单元。虽然操作系统进行了升级，但是所述API函数库单元中的API函数位置并未改变，所以升级后以前的应用程序依然能够使用，完全兼容上一版本的操作系统。

综上所述，本发明提供了一种基于嵌入式的程序快速执行方法及系统，在嵌入式系统指定内存中开辟应用程序函数库，将各函数的标志和入口地址标志存放在一个表中，应用程序通过表中的函数标志进行快速链接和执行。本发明简化了程序运行时繁杂的动态加载过程，实现了应用程序和库函数的快速链接，加快了程序的运行速度，并且本发明所示的操作系统易于升级和维护，无需担心版本的兼容问题。

本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步啊骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁盘或光盘等。

以上对本发明实施例所提供的一种基于嵌入式的程序快速执行方法及系统，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种基于嵌入式的程序快速执行方法，其特征在于，包括：

预先定义应用程序编程接口API函数库和预先定义额外的空的API函数，并预先定义API函数表；

判断应用程序是否需要调用定义的API函数库的其中一个API函数，若否，则结束，若是，在应用程序中加入跳转指令，跳转到定义的API函数表中对应的API函数标志处；

将Pc值相应改为函数入口地址；

在API函数表的引导下，应用程序进入到API函数库中执行上述的API函数。

2.根据权利要求1所述的基于嵌入式的程序快速执行方法，其特征在于：

预先定义API函数库包括：

在API函数库中定义各API函数，为所有的API函数分配函数标志、入口地址标志，入口地址标志指向API函数在内存中的入口地址；

将上述所有的API函数拷贝到对应的入口地址开始的连续单元内。

3.根据权利要求1所述的基于嵌入式的程序快速执行方法，其特征在于：

预先定义额外的空的API函数时还包括：为预先定义额外的空的API函数分配函数标志和入口地址标志，并给入口地址标志分配对应的空闲的入口地址，为每个设定的API函数保留设定大小的空间。

4.根据权利要求1所述的基于嵌入式的程序快速执行方法，其特征在于：

预先定义的API函数表由API函数的函数标志，入口地址标志和指令组成，在函数标志后加上一条指令将API函数的入口地址标志所指的入口地址赋给PC指针。

5.根据权利要求1至4任一项所述的基于嵌入式的程序快速执行方法，其特征进一步在于：

预先定义API函数表的过程包括：

1)在API函数表中加入API函数标志，根据API函数的功能来给每个API函数赋予不同的函数标志；

2)将API函数以及权利要求3中所述定义的额外的空的API函数的函数标志及入口地址标志添加到API函数表中；

3)继续将剩余的API函数标志及入口地址标志添加到API函数表中；

4)判断步骤3)是否执行完成，若否，则继续返回步骤3)执行；若是，则结束。

6.一种基于嵌入式的程序快速执行系统，其特征在于，包括：

启动单元、内核单元、文件系统单元、API函数库单元、API函数表单元、应用程序单元、内存拷贝单元；其中，所述启动单元、所述内核单元和所述文件系统单元共同构成了操作系统的运行环境，作为系统的最底层；API函数库单元和API函数表单元相连接共同组成了中间层；应用程序单元和内存拷贝单元组成了系统的最上层；

所述启动单元，用于引导嵌入式系统进行初始化等工作；

所述内核单元，用于完成嵌入式系统底层和上层的连接；

所述文件系统单元，用于管理和存储文件信息；

所述API函数库单元，用于定义和存储各类用户所要用到的API函数；

所述API函数表单元，用于存储API函数库中各类API函数的入口地址标志和函数标志；

所述应用程序单元，用于完成嵌入式设备的各项功能；

所述内存拷贝单元，用于扩充和完善API函数库。

7.根据权利要求6所述的基于嵌入式的程序快速执行系统，其特征在于：

当操作系统开始启动时，所述启动单元对系统进行初始化操作，随后由所述启动单元引导进入所述内核单元，由所述内核单元接管整个操作系统的运行；

所述文件系统单元为操作系统管理文件；

所述启动单元、所述内核单元和所述文件系统单元共同构成了操作系统的运行环境。

8.根据权利要求6或7所述的基于嵌入式的程序快速执行系统，其特征在于：

当有应用程序运行时，应用程序使用所述API函数库单元中的函数时，在应用程序中跳转到所需使用的API函数的函数标志处，则应用程序的执行进入到API函数表单元中寻找API函数，在API函数表中将PC地址跳转到该API函数对应的入口地址标志所指的地址处，使得所述应用程序调用到所需的函数。

9.根据权利要求6或7所述的基于嵌入式的程序快速执行系统，其特征在于：

当系统需要增加新的API函数时，或者所述API函数库需要升级时，只需将权利要求3中所述的预先定义的额外的空的API函数进行内存拷贝，将新的API函数拷贝到API函数表中空闲的入口地址处。

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