CN102637134A - 嵌入式非对称多处理架构下的软件加载与存储的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及嵌入式非对称多处理架构下的软件加载与存储的方法，在非对称多处理系统中，一个系统作为主系统，其余系统作为从系统，主从系统采用分散集中式存储，从系统作为启动存储区，用于存放Bootloader，系统内核及文件系统均存放在主系统上，主系统采用NANDflash作为存储器，系统软件加载采用主从方式，从系统的软件加载由主系统控制，动态的从主系统上下载内核及文件系统，下载完成后自动加载。主从系统的软件存储与加载的方法不仅增强了系统的灵活性、稳定性和可靠性，而且节约了整机的硬件成本。
Description
技术领域
本发明涉及非对称多处理系统中主从系统的软件存储与加载的方法，属于嵌入式系统网络通信领域。
背景技术
随着计算机和网络系统的高速发展，越来越多的应用需要系统提供更加强大的功能，传统的单处理器嵌入式系统已不能满足用户的需求。双处理器以及多处理器系统的应用越来越广泛，一个主处理器负责系统的整体控制，其他的处理器系统作为系统的一个功能模块，负责其专项功能，如集散控制系统中的各子卡系统、网络通信系统中的PON上行系统、语音系统中的DSP系统等等。
在嵌入式系统中，通常都使用NOR Flash 或NAND Flash作为存储介质。NOR Flash 一个很大的优势就是XIP功能，程序可以直接运行在其上面运行，虽然速度无法与RAM相比，但RAM控制器未初始化之前无法使用，这就决定了NOR Flash在作为启动存储介质的首要地位，但是价格相对于NAND Flash高出很多，且容量也无法与NAND Flash相提并论。NAND Flash也可作为启动介质使用，但是必须要用控制器，在系统启动后，由NAND Flash控制器将Flash前两页的内容拷贝到Internal buffer，再从Internal buffer 中运行完成初始化动作。在绝大多数嵌入式处理器中，由于技术上的复杂性以及成本的约束，都没有集成NAND Flash控制器，所以，必须要使用NOR Flash作为存储介质使用。当前，嵌入式系统的存储架构分为以下两种：一是只使用NOR Flash作为存储介质，Bootloader，内核，文件系统都放在该Flash上，这种方法需要大容量的NOR Flash，需要较高的硬件成本；二是使用 NOR Flash + NAND Flash的存储方式，将启动代码放在NOR Flash上，内核以及文件系统放在NAND Flash上，相比方法一，这种方法既能节约成本又能满足大容量存储需求。
在嵌入多处理器系统中，主系统和每个从系统作为独立的个体运行，都需要独立的存储介质, 在当前应用中，主系统和从系统采用分散式存储方式，即：主系统的Bootloader，系统内核及文件系统均存放在主系统存储介质上,从系统的Bootloader，系统内核及文件系统均存放在从系统存储介质上。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种嵌入式非对称多处理架构下的软件加载与存储的方法。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
嵌入式非对称多处理架构下的软件加载与存储的方法，特点是：在非对称多处理系统中，一个系统作为主系统，其余系统作为从系统，主从系统采用分散集中式存储，从系统作为启动存储区，用于存放Bootloader，系统内核及文件系统均存放在主系统上，主系统采用NAND flash作为存储器，系统软件加载采用主从方式，从系统的软件加载由主系统控制，动态的从主系统上下载内核及文件系统，下载完成后自动加载。
进一步地，上述的嵌入式非对称多处理架构下的软件加载与存储的方法，所述非对称多处理系统由多个均运行操作系统的处理器组成，多个系统独立运行，相互关联。所述从系统作为主系统的一个功能模块。所述主系统通过网络接口与从系统相连接。所述主系统与从系统采用原始套接字方式的数据通信方式。
更进一步地，上述的嵌入式非对称多处理架构下的软件加载与存储的方法，从系统的内核及文件系统加载运行的步骤为：首先，通信配合：在主系统端实现socket server程序，与从系统Bootloader中的socket client程序相互通信配合，将从系统的内核及文件系统传输到从系统端；继而，控制主从系统的启动顺序：从系统的启动由主系统控制，设备启动时，主系统立即启动，同时控制从系统不启动，等主系统上的socket server程序启动完成后启动从系统，从系统Bootloader启动后，立即与socket server程序建立通信并请求下载内核及文件系统；最后，下载运行：从系统完成内核及文件下载后，执行校验，如果成功则立即运行，如果失败，重新下载。
再进一步地，上述的嵌入式非对称多处理架构下的软件加载与存储的方法，主系统和从系统数据交互流程为：主系统与从系统分别通过socket server程序和socket client程序进行通信与数据传输，采用原始套接字sock_raw方式，原始套接字允许对较低层次的协议直接访问，对网络底层的传输机制进行控制，控制数据直接在网络二层进行交互，操纵网络层和传输层应用；采用自定义通信协议方式控制主系统与从系统直接的数据传输，从系统通过广播方式获取主系统MAC，然后双方使用MAC地址进行数据交互。
再进一步地，上述的嵌入式非对称多处理架构下的软件加载与存储的方法，主系统socket server端流程为：设备启动时，主系统立即启动，同时使从系统处于复位状态以禁止其启动，主系统的内核启动完毕进入文件系统，socket server 程序开始启动，此程序创建原始套接字socket，并将当前与从系统相连的网络接口信息绑定到此socket，然后启动从系统，此时该程序进入非阻塞式事件等待状态，如果是广播信息，回复MAC地址；如果是连接认证请求，回复连接认证ACK；如果是下载请求，则读取当前从系统内核及文件系统文件并开始传输；如果是下载失败请求，则写失败日志并报警，如果下载成功，只需写日志即可；处理完任一事件后，程序继续回到先前状态。
再进一步地，上述的嵌入式非对称多处理架构下的软件加载与存储的方法，从系统socket client端流程为：从系统由主系统启动，从系统启动进入Bootloader后，开始调用socket client程序，该程序通过广播以获取socket server端MAC地址，获取对方MAC地址后随即发出连接认证请求，如果失败，将连续尝试10次，还不成功则软复位重新启动，如果成功立即建立连接；然后发出下载请求，同样，如果失败，将连续尝试10次，还不成功则向主系统报告该错误信息，如果成功立即请求下载内核及文件系统，下载完成后效验文件，如果失败，重新下载，尝试下载10次后还是效验失败，停止下载并向主系统报告该错误信息，如果成功则立即启动内核及文件系统。
本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：
主系统与从系统采用分散集中式存储，从系统只需要很小的存储空间作为启动存储区，只用于存放Bootloader（约几百k），系统内核及文件系统均存放在主系统上，主系统采用很小（约几百k）的存储空间作为启动存储区，采用大容量低成本的NAND Flash作为专用存储区。从系统存储空间的减小大大地节约了整机硬件成本，更为重要的是：给从系统的安装与更新带来了很大的灵活性，从而增强了系统的稳定性。主系统与从系统数据通信采用sock_raw方式，从系统启动时动态从主系统下载内核及文件系统，下载完成后实现自动加载，sock_raw通信方式的运用大大增强了系统的可靠性。主从系统的软件存储与加载的方法不但增强了系统的灵活性、稳定性和可靠性，而且节约了整机的硬件成本，具有很大的应用前景和推广价值。
附图说明
下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：
图1: 主系统和从系统数据交互示意图；
图2: 主系统socket server端流程示意图；
图3: 从系统socket client端流程示意图。
具体实施方式
本发明提出了一种新型的分散集中式存储法以及加载方法：从系统上只存放自身Bootloader，系统内核及文件系统采用ramdisk方式存放在主系统上。主系统与从系统数据通信采用sock_raw方式，从系统启动后，动态的从主系统上下载内核及文件系统，下载完成后实现自动加载。这种存储加载方式不但节约了从系统上昂贵的NOR Flash存储空间，更为重要的是：给从系统的安装与更新带来了很大的灵活性，而且增强了系统稳定性。
嵌入式非对称多处理架构下的软件加载与存储的方法，在非对称多处理系统中，一个系统作为主系统，其余系统作为从系统，主从系统采用分散集中式存储，从系统作为启动存储区，用于存放Bootloader，系统内核及文件系统均存放在主系统上，主系统采用NAND flash作为存储器，系统软件加载采用主从方式，从系统的软件加载由主系统控制，动态的从主系统上下载内核及文件系统，下载完成后自动加载。非对称多处理系统由多个均运行操作系统的处理器组成，多个系统独立运行，相互关联。从系统作为主系统的一个功能模块。所述主系统通过网络接口与从系统相连接，网络接口为GMII、RGMII、MII、RMII等等。主系统与从系统采用原始套接字方式（sock_raw）的数据通信方式。
在这种非对称多处理系统中，采用分散集中式存储，从系统只用很小的NOR Flash作为存储介质，用于存放自身Bootloader (大小约几百k)，系统内核及文件系统均存放在主系统上，主系统使用 NOR Flash + NAND Flash的存储方式，采用很小的NOR Flash作为启动存储介质，只用于存放自身Bootloader (大小约几百k)，采用大容量低成本的NAND Flash作为专用存储区。主系统上不但存放着自身运行所需要的Bootloader,内核和文件系统，还存放着从系统的内核及文件系统。这种存储方式不但节约了从系统上昂贵的NOR Flash存储空间，更为重要的是：给从系统的安装与更新带来了很大的灵活性，从而增强了系统稳定性。众所周知，在绝大多数嵌入式系统中，只有主系统才会有调试接口，从系统上是没有或不留出调试接口的。于是，如果从系统Bootloader,内核和文件系统都放在从系统的NOR Flash上，当从系统由于某种原因内核或文件系统挂死后（事实上，这种情景常有发生），要恢复从系统的运行，重新安装系统，唯有将从系统的NOR Flash从硬件设备上拆下来重新烧写；而如果将从系统的内核及文件系统存放在主系统上，只要简单的更换主系统上存放的这个文件，从系统重启后即完成了安装与更新，极大地增强了系统的灵活性与健壮性。
从系统的内核及文件系统加载运行的步骤为：首先，通信配合：在主系统端实现socket server程序，与从系统Bootloader中的socket client程序相互通信配合，将从系统的内核及文件系统传输到从系统端；继而，控制主从系统的启动顺序：从系统的启动由主系统控制，设备启动时，主系统立即启动，同时控制从系统不启动，等主系统上的socket server程序启动完成后启动从系统，从系统Bootloader启动后，立即与socket server程序建立通信并请求下载内核及文件系统；最后，下载运行：从系统完成内核及文件下载后，执行校验，如果成功则立即运行，如果失败，重新下载。
主系统与从系统的通信与数据传输采用原始套接字（sock_raw）方式，这种方式允许对较低层次的协议直接访问，控制数据直接在网络二层进行交互，通过我们自定义协议，数据包无需走到TCP/IP层,避免了三层网络状况（例如防火墙，等等）给通信造成的干扰，增强了系统的可靠性。通信双方也无需设置IP地址，增加了系统的灵活性。
如图1所示，主系统和从系统数据交互流程为：主系统与从系统分别通过socket server程序和socket client程序进行通信与数据传输，采用原始套接字sock_raw方式，原始套接字允许对较低层次的协议直接访问，对网络底层的传输机制进行控制，控制数据直接在网络二层进行交互，操纵网络层和传输层应用；采用自定义通信协议方式控制主系统与从系统直接的数据传输，从系统通过广播方式获取主系统MAC，然后双方使用MAC地址进行数据交互。
如图2所示，主系统socket server端流程为：设备启动时，主系统立即启动，同时使从系统处于复位状态以禁止其启动，主系统的内核启动完毕进入文件系统，socket server 程序开始启动，此程序创建原始套接字socket，并将当前与从系统相连的网络接口信息绑定到此socket，然后启动从系统，此时该程序进入非阻塞式事件等待状态，如果是广播信息，回复MAC地址；如果是连接认证请求，回复连接认证ACK；如果是下载请求，则读取当前从系统内核及文件系统文件并开始传输；如果是下载失败请求，则写失败日志并报警，如果下载成功，只需写日志即可；处理完任一事件后，程序继续回到先前状态。
如图3所示，从系统socket client端流程为：从系统由主系统启动，从系统启动进入Bootloader后，开始调用socket client程序，该程序通过广播以获取socket server端MAC地址，获取对方MAC地址后随即发出连接认证请求，如果失败，将连续尝试10次，还不成功则软复位重新启动，如果成功立即建立连接；然后发出下载请求，同样，如果失败，将连续尝试10次，还不成功则向主系统报告该错误信息，如果成功立即请求下载内核及文件系统，下载完成后效验文件，如果失败，重新下载，尝试下载10次后还是效验失败，停止下载并向主系统报告该错误信息，如果成功则立即启动内核及文件系统。
主系统与从系统采用分散集中式存储，从系统只需要很小的存储空间作为启动存储区，只用于存放Bootloader（约几百k），系统内核及文件系统均存放在主系统上，主系统采用很小（约几百k）的存储空间作为启动存储区，采用大容量低成本的NAND Flash作为专用存储区。从系统存储空间的减小大大地节约了整机硬件成本，更为重要的是：给从系统的安装与更新带来了很大的灵活性，从而增强了系统的稳定性。主系统与从系统数据通信采用sock_raw方式，从系统启动时动态从主系统下载内核及文件系统，下载完成后实现自动加载，sock_raw通信方式的运用大大增强了系统的可靠性。主从系统的软件存储与加载的方法不但增强了系统的灵活性、稳定性和可靠性，而且节约了整机的硬件成本，具有很大的应用前景和推广价值。
需要理解到的是：以上所述仅是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.嵌入式非对称多处理架构下的软件加载与存储的方法，其特征在于：在非对称多处理系统中，一个系统作为主系统，其余系统作为从系统，主从系统采用分散集中式存储，从系统作为启动存储区，用于存放Bootloader，系统内核及文件系统均存放在主系统上，主系统采用NAND flash作为存储器，系统软件加载采用主从方式，从系统的软件加载由主系统控制，动态的从主系统上下载内核及文件系统，下载完成后自动加载。
2.根据权利要求1所述的嵌入式非对称多处理架构下的软件加载与存储的方法，其特征在于：所述非对称多处理系统由多个均运行操作系统的处理器组成，多个系统独立运行，相互关联。
3.根据权利要求1所述的嵌入式非对称多处理架构下的软件加载与存储的方法，其特征在于：所述从系统作为主系统的一个功能模块。
4.根据权利要求1所述的嵌入式非对称多处理架构下的软件加载与存储的方法，其特征在于：所述主系统通过网络接口与从系统相连接。
5.根据权利要求1所述的嵌入式非对称多处理架构下的软件加载与存储的方法，其特征在于：所述主系统与从系统采用原始套接字方式的数据通信方式。
6.根据权利要求1所述的嵌入式非对称多处理架构下的软件加载与存储的方法，其特征在于：从系统的内核及文件系统加载运行的步骤为：首先，通信配合：在主系统端实现socket server程序，与从系统Bootloader中的socket client程序相互通信配合，将从系统的内核及文件系统传输到从系统端；继而，控制主从系统的启动顺序：从系统的启动由主系统控制，设备启动时，主系统立即启动，同时控制从系统不启动，等主系统上的socket server程序启动完成后启动从系统，从系统Bootloader启动后，立即与socket server程序建立通信并请求下载内核及文件系统；最后，下载运行：从系统完成内核及文件下载后，执行校验，如果成功则立即运行，如果失败，重新下载。
7.根据权利要求1所述的嵌入式非对称多处理架构下的软件加载与存储的方法，其特征在于：主系统和从系统数据交互流程为：主系统与从系统分别通过socket server程序和socket client程序进行通信与数据传输，采用原始套接字sock_raw方式，原始套接字允许对较低层次的协议直接访问，对网络底层的传输机制进行控制，控制数据直接在网络二层进行交互，操纵网络层和传输层应用；采用自定义通信协议方式控制主系统与从系统直接的数据传输，从系统通过广播方式获取主系统MAC，然后双方使用MAC地址进行数据交互。
8.根据权利要求1所述的嵌入式非对称多处理架构下的软件加载与存储的方法，其特征在于：主系统socket server端流程为：设备启动时，主系统立即启动，同时使从系统处于复位状态以禁止其启动，主系统的内核启动完毕进入文件系统，socket server 程序开始启动，此程序创建原始套接字socket，并将当前与从系统相连的网络接口信息绑定到此socket，然后启动从系统，此时该程序进入非阻塞式事件等待状态，如果是广播信息，回复MAC地址；如果是连接认证请求，回复连接认证ACK；如果是下载请求，则读取当前从系统内核及文件系统文件并开始传输；如果是下载失败请求，则写失败日志并报警，如果下载成功，只需写日志即可；处理完任一事件后，程序继续回到先前状态。
9.根据权利要求1所述的嵌入式非对称多处理架构下的软件加载与存储的方法，其特征在于：从系统socket client端流程为：从系统由主系统启动，从系统启动进入Bootloader后，开始调用socket client程序，该程序通过广播以获取socket server端MAC地址，获取对方MAC地址后随即发出连接认证请求，如果失败，将连续尝试10次，还不成功则软复位重新启动，如果成功立即建立连接；然后发出下载请求，同样，如果失败，将连续尝试10次，还不成功则向主系统报告该错误信息，如果成功立即请求下载内核及文件系统，下载完成后效验文件，如果失败，重新下载，尝试下载10次后还是效验失败，停止下载并向主系统报告该错误信息，如果成功则立即启动内核及文件系统。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |