CN101916216A - 一种嵌入式操作系统中bootrom的自动修复装置和控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种嵌入式操作系统中BOOTROM的自动修复装置和控制方法，包括含有BOOTROM的启动装置(1)、含有修复软件的存储器(2)、CPU系统(3)、及可编程逻辑电路(9)，采用可编程逻辑器件实现寄存器接口(4)、时钟电路(5)、计时逻辑电路(6)、片选控制逻辑电路(7)、及修复逻辑电路(8)。在设备启动过程中，能够自动选择启动装置，当计时值超过预定时间门限后不能完成启动操作时，自动复位CPU系统，通过运行修复软件来启动设备，并同步对启动装置的BOOTROM进行修复。本发明解决了BOOTROM损坏时设备不能正常工作的技术问题，实现启动设备的自动修复，提高系统的可靠性。

Description

一种嵌入式操作系统中BOOTROM的自动修复装置和控制方法

技术领域

本发明涉及嵌入式操作系统，尤其涉及对BOOTROM(启动映象)的自动修复。

背景技术

在通信设备等嵌入式系统中，广泛使用CPU加ASIC(专用集成芯片)来实现，其中CPU通过烧录在FLASH(闪速存储器)中的BOOTROM进行硬件的初时化，然后引导系统软件。系统上电后，CPU从默认的地址取指令执行，烧录在启动FLASH中的BOOTROM覆盖CPU的上电后默认的起始地址。

BOOTROM一般不带文件系统，其内容是CPU可以直接执行的二进机器码，在设备出厂前烧录。烧录BOOTROM的位置与存储系统软件的介质可能是同一介质，如烧录在同一FLASH中；也可能是不同的介质，如启动软件烧录在FLASH芯片中，系统软件存储在另外的FLASH芯片中，或者是可移动的CF卡、SD卡等介质中。

在设备运行过程中，还可能会需要升级BOOTROM，以支持新特性，或解决软件BUG(软件设计中的缺陷)。常见的方法是通过以太网端口或串口等从PC(个人电脑)中下载到设备的内存中，再烧录到启动设备中。

这里主要说明烧录BOOTROM的位置与存储系统软件的介质不同时的情形。由于某些意外的原因，烧录BOOTROM的FLASH芯片中的内容可能损坏。例如人为因素较多地(如在升级过程中设备掉电、重启等)损坏了BOOTROM内容的完整性；以及设备运行中的干扰等导致BOOTROM内容的单个存储位或几个存储位反转。

BOOTROM如果损坏，整个设备将不能正常工作。为避免BOOTROM损坏造成的系统引导失败，只有对启动设备重新烧录，才能使设备正常运行。目前业界多采用备份的方法来解决，如中国专利文献CN101526910A中公开了一种BOOTROM的备份方法及装置，其通过一个主用BOOTROM和多个备用BOOTROM实现系统的可靠引导。但其主用BOOTROM不具备自动修复能力，一旦损坏，只能依靠人工被动的进行更换维护，一方面成本较高，另一方面降低了系统的可靠性。

发明内容

本发明的嵌入式操作系统中BOOTROM的自动修复装置和控制方法，解决了BOOTROM损坏时设备不能正常工作的技术问题，实现启动设备的自动修复，提高系统的可靠性。

本发明所述的自动修复装置，包括含有BOOTROM的启动装置1、含有修复软件的存储器2、CPU系统3、及可编程逻辑电路9。所述可编程逻辑电路9包括寄存器接口4、时钟电路5、计时逻辑电路6、片选控制逻辑电路7、及BOOTROM修复逻辑电路8。所述寄存器接口4，包含以下标志位：寄存器启动状态标志S_ROM、CPU启动状态指示S_CPU、片选选择CS0、计时值清除TC、计时停止TS。

CPU系统通过总线接口DATA与可编程逻辑电路9中寄存器接口4、启动装置1、存储器2相连。实现对启动装置1及存储器2的读、写操作；改写CPU启动状态指示S_CPU、片选选择CS0、计时值清除TC、计时停止TS；并读出寄存器启动状态标志S_ROM。其中寄存器启动状态标志S_ROM用于标志设备从BOOTROM启动、或从修复软件启动；CPU启动状态指示S_CPU用于标志CPU是否正常启动；片选选择CS0用于CPU使能启动装置1或存储器2；计时值清除TC、计时停止TS是在设备正常启动后由CPU写入的控制信号。

时钟电路5产生的时钟信号CLK，经接入时钟逻辑电路6，在计时值超过预定时间门限后产生超时信号T。时钟逻辑电路6的计时功能在CPU向寄存器接口4写入相应的TC、TS值时停止。

BOOTROM修复逻辑电路8，通过片选控制逻辑电路7将CS0连接到片选A或B，分别使能启动装置1及存储器2。片选A的条件是，缺省状态下的自动启动或CPU向寄存器写入CS0；且计时器未产生超时信号T。片选B的条件是，计时器产生超时信号T，且S_CPU显示CPU未进入正常启动状态。修复逻辑电路8还输出CPU复位信号RST，向CPU发出复位脉冲，强制CPU复位重启。输出RST信号的条件是，片选控制逻辑电路使能片选B。

本发明所述的自动修复控制方法如下，

在设备启动过程中，自动选择启动装置1，当BOOTROM在计时值超过预定时间门限后不能完成启动操作时，BOOTROM修复逻辑电路8自动复位CPU系统，通过使能片选B运行修复软件来启动设备。

在CPU正常运行同时启动修复BOOTROM的功能。可编程逻辑电路9的寄存器接口中给出启动状态标志S_ROM，CPU启动后读取该标志判断启动状态，如果从修复软件启动，则启动自动修复功能。CPU通过控制寄存器CS0使能片选A，将保存在修复软件存储器2中的BOOTROM数据复制到启动设备1中。

本发明所有的功能都在可编程逻辑阵列中自动实现，不需要人为的任何干预操作。采用本发明所述方法和装置，与现有技术相比，由于采取了对CPU系统启动状态进行实时监视，及通过可编程逻辑电路控制选通BOOTROM和修复软件，在BOOTROM损坏下仍能启动，并达到了自动修复的效果，节省了修复时间，提高了系统的可靠性。

附图说明

下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

图1是本发明的装置框图；

图2是本发明的处理流程图。

图中：

1：启动装置

2：含有修复软件的存储器

3：CPU系统

4：寄存器接口

5：时钟电路

6：计时逻辑电路

7：片选控制逻辑电路

8：修复逻辑电路

9：可编程逻辑电路

S ROM：寄存器启动状态标志

S CPU：CPU启动状态指示

CS0：片选选择

TC：计时值清除

TS：计时停止

DATA：CPU系统总线接口

CLK：时钟信号

T：超时信号

A：BOOTROM片选信号

B：修复软件片选信号

RST：CPU复位信号

具体实施方式

如图1所示，本发明所述的自动修复装置，包括含有BOOTROM的启动装置1、含有修复软件的存储器2、CPU系统3、及可编程逻辑电路9。所述可编程逻辑电路9包括寄存器接口4、时钟电路5、计时逻辑电路6、片选控制逻辑电路7、及BOOTROM修复逻辑电路8。所述寄存器接口4，包含以下标志位：寄存器启动状态标志S_ROM、CPU启动状态指示S_CPU、片选选择CS0、计时值清除TC、计时停止TS。

CPU系统通过总线接口DATA与可编程逻辑电路9中寄存器接口4、启动装置1、存储器2相连。实现对启动装置1及存储器2的读、写操作；改写CPU启动状态指示S_CPU、片选选择CS0、计时值清除TC、计时停止TS；并读出寄存器启动状态标志S_ROM。其中寄存器启动状态标志S_ROM用于标志设备从BOOTROM启动、或从修复软件启动；CPU启动状态指示S_CPU用于标志CPU是否正常启动；片选选择CS0用于CPU使能启动装置1或存储器2；计时值清除TC、计时停止TS是在设备正常启动后由CPU写入的控制信号。

时钟电路5产生的时钟信号CLK，经接入时钟逻辑电路6，在计时值超过预定时间门限后产生超时信号T。时钟逻辑电路6的计时功能在CPU向寄存器接口4写入相应的TC、TS值时停止。

BOOTROM修复逻辑电路8，通过片选控制逻辑电路7将CS0连接到片选A或B，分别使能启动装置1及存储器2。片选A的条件是，缺省状态下的自动启动或CPU向寄存器写入CS0；且计时器未产生超时信号T。片选B的条件是，计时器产生超时信号T，且S_CPU显示CPU未进入正常启动状态。修复逻辑电路8还输出CPU复位信号RST，向CPU发出复位脉冲，强制CPU复位重启。输出RST信号的条件是，片选控制逻辑电路使能片选B。

作为实施例，本发明的可编程逻辑电路是使用CPLD(复杂可编程逻辑器件)，如FPGA(现场可编程门阵列)、GAL(通用逻辑阵列)。

作为实施例，CPLD判断超时所使用的时钟是由看门狗电路组成低频时钟源的方法，其特征在于，使用看门狗电路的超时时间产生的看门狗溢出信号作为时钟信号。该电路给出的时钟，周期达到秒级，较大的时钟周期可以减小CPLD的计时逻辑的规模，并且方便针对不同的软件系统设置不同的超时时间。计时逻辑中使用低频时钟，可以较少对CPLD逻辑单元的需求。一般的时钟振荡器难以达到很低的时钟频率，如1赫兹。例如使用带看门狗的复位芯片ADM706作为时钟发生器，该芯片的看门狗溢出时间是1.6秒，复位脉冲的时间是0.2秒，实现了一个周期是1.8秒的低频时钟，CPLD只需要一个4位的定时器即可满足本发明的超时功能。

用做实施例，CPU对正常启动的BOOTROM的判断标志是ECC校验是否正确，并写入CPLD寄存器S_CPU标志，通知CPLD CPU启动成功、停止修复逻辑。CPU启动过程包括部分硬件的初始化、通过校验BOOTROM的ECC(错误校验和校正)判断BOOTROM的完整性、将压缩的BOOTROM(启动软件的映象)部分复制到内存中解压缩、继续引导系统软件等。

本发明的CPU需要在正常启动后停止CPLD中的计时逻辑，防止其超时后复位CPU并切换到修复软件。如果CPU校验ECC后没有错误，CPU认为BOOTROM的内容是完整的，并设置CPLD中的计时逻辑的控制位TC，TS。

本发明判断是否需要自修复的方法是超时，CPLD经过一段预定时间的等待后如果没有软件干预，即认为BOOTROM启动失败，需要修复。当CPLD计时超过阈值时间后，CPLD自动复位CPU系统，并同时启动软件修改功能。

本发明所述的BOOTROM和修复软件用同一个CPU片选控制CS0，BOOTROM和修复软件的区分通过CPLD控制，在CPLD中通过一个寄存器控制位实现对片选的自动切换和控制。当CPU设置正常启动标志位S_CPU之前，片选由CPLD自动控制并在需要的时候切换，CPU设置正常启动标志位S_CPU之后，CPU可以通过写片选控制位来选择操作BOOTROM或修复软件。对于CPU来说，其地址都是完全相同的。

在CPU启动后可以读取CPLD寄存器S_ROM判断启动位置，CPU还可以通过CPLD选择需要操作的芯片，通过CPLD选择片选后，存储BOOTROM和修复软件的芯片从CPU的角度看的操作地址等是完全一致的。CPU可以通过CPLD控制片选，选择修复软件，从而CPU也可以升级修复软件和其中保存的BOOTROM副本。

本发明的修复功能在CPU从修复软件启动后生效。CPU判断CPLD中的启动标志S_ROM，如果CPLD指示从修复软件启动，CPU通过CPLD寄存器选中BOOTROM的地址空间，将保存在修复软件中的BOOTROM复制到BOOTROM芯片中。

为了保证系统的安全和稳定，CPLD中的BOOTROM修复逻辑和其他的逻辑部分要采用独立的复位控制系统。当系统上电的时候，CPLD中的BOOTROM修复逻辑和其他控制逻辑都同时复位，进入初始状态。如果BOOTROM的修复逻辑发现CPU没有正常启动，需要进行BOOTROM修复的时候，修复逻辑将自动复位其他的逻辑部分，而保持自己修复逻辑部分的状态稳定不变。

CPU可以通过选择片选从而可以升级修复软件和其中保存的BOOTROM副本。

下面以一个实际启动示例来说明本发明的控制方法，如图2所示：

步骤一：系统上电，CPLD中的修复逻辑和其他逻辑都复位进入初始状态。CPLD设置CS0连接到片选A上，同时启动计时逻辑。

步骤二：CPU启动，首先从BOOTROM中读取启动代码。同时CPLD中的修复逻辑通过检验超时、及启动标志S_CPU判断是否要进行修复。

步骤三：出现超时且未写入启动成功标志S_CPU，系统启动失败。修复逻辑自动启动修复功能，CPLD修复逻辑将CS0连接到修复软件的片选B上，同时向CPU发出复位脉冲，强制CPU复位重启。CPU重新启动，从修复软件中读取代码。

步骤四：当CPU向CPLD中的修复控制逻辑模块中写入启动成功标志S_CPU，系统启动正常。CPU通过写寄存器TS，TC，停止CPLD中的计时逻辑并清除计时值。

步骤五：CPU判断系统启动标志S_ROM，如果CPU启动由于修复软件作用，则将保存在修复软件中的数据存入BOOTROM。修复软件和BOOTROM两者在出厂的时候，烧录设置成相同的代码。这样保证BOOTROM在进行修复完成后，代码和原来的保持一致。

Claims (8)

1.一种嵌入式操作系统中BOOTROM的自动修复装置，其特征在于包括：含有BOOTROM的启动装置(1)、含有修复软件的存储器(2)、CPU系统(3)、及可编程逻辑电路(9)；

所述可编程逻辑电路(9)，包括寄存器接口(4)、时钟电路(5)、计时逻辑电路(6)、片选控制逻辑电路(7)、及BOOTROM修复逻辑电路(8)；

所述寄存器接口(4)，包含以下标志位：寄存器启动状态标志(S_ROM)、CPU启动状态指示(S_CPU)、片选选择(CS0)、计时值清除(TC)、计时停止(TS)；

所述CPU系统(3)通过总线接口(DATA)与可编程逻辑电路(9)中寄存器接口(4)、启动装置(1)、存储器(2)相连，实现读、写操作；改写CPU启动状态指示(S_CPU)、片选选择(CS0)、计时值清除(TC)、计时停止(TS)；并读出寄存器启动状态标志(S_ROM)；

所述时钟电路(5)产生的时钟信号(CLK)，经接入时钟逻辑电路(6)，在计时值超过预定时间门限后产生超时信号(T)；时钟逻辑电路(6)的计时功能在CPU向寄存器接口(4)写入相应的寄存器值(TC、TS)时停止；

所述BOOTROM修复逻辑电路(8)，通过片选控制逻辑电路(7)将片选(CS0)分别使能启动装置(1)及修复软件存储器(2)；使能启动装置(1)的条件是，缺省状态下的自动启动或CPU向寄存器写入片选(CS0)；且计时器未产生超时信号(T)；使能修复软件存储器(2)的条件是，计时器产生超时信号(T)，且CPU启动状态指示(S_CPU)显示CPU未进入正常启动状态；修复逻辑电路(8)还输出CPU复位信号(RST)，向CPU发出复位脉冲，强制CPU复位重启；输出复位信号的条件是，片选控制逻辑电路使能修复软件存储器(2)。

2.如权利要求1所述的嵌入式操作系统中BOOTROM的自动修复装置，其特征在于：所述可编程逻辑电路(9)使用CPLD(复杂可编程逻辑器件)，包括FPGA(现场可编程门阵列)、或者GAL(通用逻辑阵列)实现。

3.如权利要求1所述的嵌入式操作系统中BOOTROM的自动修复装置，其特征在于：判断超时所使用的时钟是由看门狗电路组成低频时钟源。

4.如权利要求1所述的嵌入式操作系统中BOOTROM的自动修复装置，其特征在于：CPU完成启动操作，对正常启动的BOOTROM的判断标志是ECC校验是否正确。

5.如权利要求1所述的嵌入式操作系统中BOOTROM的自动修复装置，其特征在于：CPU完成启动操作后，通过电路寄存器控制位(TS，TC)停止可编程逻辑电路中的计时逻辑。

6.如权利要求1所述的嵌入式操作系统中BOOTROM的自动修复装置，其控制方法特征在于，包括以下步骤：

第一步：在设备启动过程中，自动选择启动装置(1)，当BOOTROM在计时值超过预定时间门限后不能完成启动操作时，BOOTROM修复逻辑电路(8)自动复位CPU系统，运行修复软件来启动设备；

第二步：可编程逻辑电路(9)的寄存器接口中给出启动状态标志(S_ROM)，CPU启动后读取该标志判断启动状态，如果从修复软件启动，则同时启动修复BOOTROM的功能，将保存在修复软件存储器(2)中的BOOTROM数据复制到启动设备(1)中。

7.如权利要求6所述的嵌入式操作系统中BOOTROM的自动修复控制方法，其特征在于：第一步中进一步包含

步骤一：系统上电，可编程逻辑电路中的修复逻辑和其他逻辑都复位进入初始状态，可编程逻辑电路设置片选至启动设备(1)，同时启动计时逻辑(6)；

步骤二：CPU启动，首先从启动设备中读取启动代码，同时可编程逻辑电路中的修复逻辑通过检验超时、及启动标志(S_CPU)判断是否要进行修复；

步骤三：出现超时且未写入启动成功标志(S_CPU)，系统启动失败，修复逻辑电路(8)自动启动修复功能，修复逻辑将片选(CS0)连接到修复软件存储器(2)上，同时向CPU发出复位脉冲(RST)，强制CPU复位重启，CPU重新启动，从修复软件存储器(2)中读取代码。

8.如权利要求6所述的嵌入式操作系统中BOOTROM的自动修复控制方法，其特征在于：第二步中进一步包含

步骤四：当CPU向可编程逻辑电路(9)中的寄存器接口(4)中写入启动成功标志(S_CPU)，系统启动正常，CPU通过写寄存器(TS，TC)，停止可编程逻辑电路中的计时逻辑并清除计时值；

步骤五：CPU判断系统启动标志(S_ROM)，如果CPU启动，由于修复软件作用，则将保存在修复软件中的数据存入BOOTROM。

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