CN102693283B - 一种嵌入式系统的数据分区存储方法及系统引导启动方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种嵌入式系统的数据分区存储方法及系统引导启动方法，其中的数据分区存储方法包括步骤：封装各个分区文件，包括Bootloader分区文件、一个或两个包含内核和根文件系统的Image分区文件、其他用户数据分区文件；为除Bootloader分区文件之外的其他分区文件分别添加头部信息，该头部信息用以标识本分区文件的属性；按照扇区对齐的方式将各个分区文件分别烧录至FLASH芯片。本发明实施例不设置集中式分区表，无需实施集中管理，使用简单方便，且提高了安全性，避免了集中式分区表被破坏后无法定位各分区的风险；各分区功能相互独立，互不影响，减少了数据丢失的风险；分区数据组织紧凑，可使系统更为简练。

Description

一种嵌入式系统的数据分区存储方法及系统引导启动方法

技术领域

本发明涉及嵌入式网络通信领域，尤其涉及一种一种嵌入式系统的数据分区存储方法及系统引导启动方法。

背景技术

在嵌入式设备领域中，FLASH由于具有相对于传统存储设备磁盘的许多优点使其被广泛的用做轻量级的数据存储解决方案。但不同于磁盘，FLASH因其不同的工作原理使其具有一些自身的特性，如写入数据之前必须先对目标Sector（扇区）进行Erase（擦除）操作，擦除时按扇区作为最小单位来进行擦除,而数据写入时则按Page（页）为最大单位分批次写入。

在以Linux作为内核的嵌入式设备中，一块FLASH往往被分成几个不同逻辑Partition（分区），用来存放功能不同，性质各异的各类数据，如Bootloader（启动装载程序）、内核、根文件系统、用户数据等，便于灵活的使用和管理。

目前，对各个逻辑分区在FLASH上的分布位置的定位方法通常是：设定一份集中式Partition Table（分区表），存放于FLASH当中的指定位置；Bootloader上电启动之后，首先读取该分区表，获取各分区的位置信息，然后对各分区实施定位。由于该办法中的分区表集中在某个固定位置，因此这份分区表的安全性就变得非常重要，因为一旦该分区表被破坏，那么该FLASH上的所有分区都将无法定位。

另外一种做法是为每个分区分配固定的位置，内置于Bootloader中，Bootloader上电启动时按指定的位置对各分区实施定位，显而易见，这种方法完全没有灵活性可言，如果分区大小及位置需要变化时需要相应的变更Bootloader中固有的分区定位信息。

发明内容

本发明的目的在于提供一种嵌入式系统的数据分区存储方法及系统引导启动方法，不设置集中式分区表，提高安全性，避免在分区表被破坏时对各分区无法定位的问题；

本发明的另一目的在于提供一种嵌入式系统的数据分区存储方法及系统引导启动方法，在保证能够准确定位的前提下可灵活地变更分区大小和位置。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种嵌入式系统的数据分区存储方法，包括步骤：

封装各个分区文件，包括Bootloader分区文件、一个或两个包含内核和根文件系统的Image分区文件、其他用户数据分区文件；

为除Bootloader分区文件之外的其他分区文件分别添加头部信息，该头部信息用以标识本分区文件的属性；

按照扇区对齐的方式将各个分区文件分别烧录至FLASH芯片。

其中，所述头部信息包含：本分区名称的Magic Word（用于标识分区开头的密码字）、有效数据长度、CRC（循环冗余校验码）校验和、时间戳、Rootfilesystem（Linux系统的根文件系统）偏移长度。

其中，Bootloader分区文件的封装方法为：

将Bootloader编译成可片上执行（XIP，eXecute In Place，是一种特殊的代码运行方式）的代码，链接生成ELF格式文件，并在ELF格式文件中添加特殊段信息，该特殊段用以存放Bootloader分区文件最后一个段的位置偏移信息。

其中，按照扇区对齐的方式将各个分区文件分别烧录至FLASH的方法为：

定义Bootloader分区文件为第一分区文件，将Bootloader分区文件烧录于FLASH的最开始位置；

获取所述FLASH的型号，确定该FLASH的扇区分布信息表；

根据所述扇区分布信息表以及Bootloader分区文件的大小，换算得出Bootloader分区文件所占用的最大扇区号m，将第二分区文件烧录于第m+1个扇区开始的位置并对其数据进行扇区对齐处理；

按照扇区对齐方式，在第二分区文件之后继续烧录其他分区文件。

其中，除Bootloader分区文件之外的其他分区文件的头部信息的长度相同。

一种嵌入式系统的引导启动方法，所述嵌入式系统以FLASH为启动设备，所述FLASH的数据分区存储方法如上所述；

所述嵌入式系统的引导启动方法包括步骤：

Bootloader探测当前系统中的FLASH型号，获得其扇区分布信息表；

Bootloader根据所述扇区分布信息表、Bootloader分区文件的位置偏移信息以及其他各分区文件的头部信息进行各分区文件的定位，根据定位结果生成FLASH的完整分区表；

在完整分区表中查找全部Image分区，据此完成系统引导启动处理。

其中，所述各分区文件的定位方法具体包括：

Bootloader根据所述ELF格式文件中特殊段包含的Bootloader分区文件的位置偏移信息计算出自身容量的大小，并结合所述扇区分布表计算得出Bootloader分区文件所占用的扇区数；

Bootloader从Bootloader分区之后的首扇区开始的位置读取当前分区的头部信息，据此定位下一分区文件，重复该步骤直至完成所有分区文件的定位。

其中，在分区文件的定位过程中，若Bootloader读取头部信息失败，则自动以扇区大小为单位，向后遍历剩余扇区头部，直至成功读取到下一个头部信息或者遇到FLASH结尾。

其中，所述在完整分区表中查找全部Image分区并据此完成引导启动处理的过程具体为：

在完整分区表中查找全部Image分区，从其头部信息中获得其CRC校验值和时间戳信息；

按照从新到旧的顺序依次检查Image分区的CRC：若新的Image分区的CRC值有效，则停止检查，解压缩并启动该Image分区；否则检查较旧的Image分区的CRC值是否有效，有效则解压缩并启动较旧的Image分区；如果所有Image分区的CRC值均无效，则放弃引导，转入Bootloader下载模式；

从Image分区的头部信息中取得Rootfilesystem偏移长度信息，据此计算内核和根文件系统各自的容量大小，传递给解压缩之后的内核并引导处理。

与现有技术相比，本发明实施例具有以下有益效果。

1）本发明实施例不设置集中式分区表，无需实施集中管理，使用简单方便；且提高了安全性，避免了集中式分区表被破坏后无法定位各分区的风险。

2）   各分区功能相互独立，互不影响，减少了数据丢失的风险。

3）   分区数据组织紧凑，可使系统更为简练。

附图说明

图1是本发明实施例中FLASH的分区存储分布示意图。

图2是本发明实施例中FLASH的具体分区结构图。

图3是本发明实施例中分区头部结构图。

图4是本发明实施例中系统数据烧录至FLASH的方法流程图。

图5是本发明实施例中嵌入式系统启动方法流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明的核心思想为：将FLASH划分为不同功能的多个分区，各功能分区按照FLASH芯片的扇区对齐，并且在除Bootloader分区以外的每个分区的开始位置存储头部信息，用以标示本分区的属性，这样再后续的系统启动过程中根据各分区的头部信息来实现准确定位。以下对本发明方案进行详细说明。

（一）定义FLASH的分区分布结构。

FLASH分区存储方案的分区分布结构如图1所示：一块包含20个扇区的FLASH芯片中一共包含有4个分区，按从前到后的顺序分别为Bootloader分区、Image1分区、Image2分区和Data分区。

其中，Bootloader分区的有效数据大于一个扇区但小于两个扇区，因此在其后追加空白数据，使其对齐到扇区2；Image1分区由于其长度刚好3个扇区，其后不需要追加空白数据就可以直接对齐到扇区5；Image2分区对齐到扇区12；Data分区在最后无需再做对齐处理。在数据烧录的时候，按照这样的分布顺序将各分区数据烧录到FLASH芯片的相应位置。

如图2所示，是各分区内部的数据组织结构图，各分区开始位置放置本分区的Header头部信息，其后再存放有效数据部分，最后以扇区大小做数据对齐。

如图3所示，是分区的头部结构图，整个头部信息使用固定的长度，其中最开始位置存放本分区的Magic Word，其后是有效数据长度和CRC值，如果是Image分区，则在最后保存Rootfilesystem的相对偏移，其它分区可按实际需要定义使用最后剩余的头部长度。

（二）进行文件烧录。

本实施例中，进行文件烧录的方法流程如图4所示，包括以下步骤。

401、封装各个分区文件。

具体地，将Bootloader编译成为可以片上执行的可执行代码，链接生成ELF格式的文件时在其中添加特殊的段信息，其中存放最后一个段的位置偏移，由此生成Bootloader分区文件。按照Kernel在前、根文件系统在后的顺序将内核和根文件系统封装成一个Image分区文件。其他分区按实际需要做各自的封装。

402、为除Bootloader分区文件之外的其他分区文件添加头部信息。

具体地，在Image分区以及其他分区文件中分别添加Header信息，内容包含标示本分区名称的Magic Word，有效数据长度、CRC校验和、时间戳、Rootfilesystem偏移长度等信息。

403、将Bootloader烧录于FLASH芯片的最开始位置。

404、按照扇区对齐的方式分别烧录其他各个分区文件。

具体地，获取当前烧录的FLASH芯片的型号，确定该FLASH芯片上所有的扇区分布信息表；根据Bootloader分区文件的大小，换算出Bootloader分区所占用的最大扇区号m；将第一个Image文件烧录于第m+1个扇区开始的位置上。然后，按照前述方法，完成其他分区文件的烧录。

（三）烧录后进行系统启动。

本实施例中，启动过程如图5所示，包括以下步骤。

501、Bootloader探测当前系统中的FLASH芯片型号，取得扇区分布表。

502、Bootloader根据步骤401中所保存的段偏移信息计算出自身所占容量大小，根据扇区分布表计算得出本分区所占用FLASH的最大扇区号m。

503、从扇区m+1开始的位置读取当前分区的头部Header信息，以此获得本分区名称及长度信息，并以其中的有效数据长度与头部Header长度之和来判断本分区所占的最大扇区号n，由此可知下一个分区所在扇区所在位置n+1。

该步骤中，在读取头部信息失败时，表明可能有数据损坏或者遇到全部有效分区之后的空白扇区，此时按照FLASH扇区大小为单位遍历剩余扇区头部，直到成功获取到下一个头部信息或遇到FLASH结尾。

504、重复步骤503直至遇到FLASH芯片的容量结束地址，至此已得到整个FLASH芯片的完整分区表。

505、在分区表中查找全部Image分区，从其头部信息中获得其CRC校验值、时间戳信息。

506、按从新到旧的顺序依次检查Image分区。若新的Image分区的CRC值有效，则停止检查，解压缩并启动该Image分区；否则检查较旧的Image分区的CRC值是否有效，有效则解压缩并启动该Image分区。如果所有Image分区的CRC值均无效，则放弃引导，转入Bootloader下载模式。

507、从Image头部信息中取得Rootfilesystem的相对于本分区位置偏移量，计算Kernel和根文件系统各自的容量大小，传递给解压缩之后的内核并引导。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种嵌入式系统的数据分区存储方法，其特征在于，该方法包括步骤：封装各个分区文件，包括Bootloader分区文件、一个或两个包含内核和根文件系统的Image分区文件、其他用户数据分区文件；

为除Bootloader分区文件之外的其他分区文件分别添加头部信息，该头部信息用以标识本分区文件的属性；

按照扇区对齐的方式将各个分区文件分别烧录至FLASH芯片。

2.如权利要求1所述嵌入式系统的数据分区存储方法，其特征在于，所述头部信息包含：本分区名称的Magic Word、有效数据长度、CRC校验和、时间戳、Rootfilesystem偏移长度。

3.如权利要求1或2所述嵌入式系统的数据分区存储方法，其特征在于，Bootloader分区文件的封装方法为：

将Bootloader编译成可片上执行的代码，链接生成ELF格式文件，并在ELF格式文件中添加特殊段信息，该特殊段用以存放Bootloader分区文件最后一个段的位置偏移信息。

4.如权利要求3所述嵌入式系统的数据分区存储方法，其特征在于，按照扇区对齐的方式将各个分区文件分别烧录至FLASH的方法为：

定义Bootloader分区文件为第一分区文件，将Bootloader分区文件烧录于FLASH的最开始位置；

获取所述FLASH的型号，确定该FLASH的扇区分布信息表；

根据所述扇区分布信息表以及Bootloader分区文件的大小，换算得出Bootloader分区文件所占用的最大扇区号m，将第二分区文件烧录于第m+1个扇区开始的位置并对其数据进行扇区对齐处理；

按照扇区对齐方式，在第二分区文件之后继续烧录其他分区文件。

5.如权利要求2所述嵌入式系统的数据分区存储方法，其特征在于，除Bootloader分区文件之外的其他分区文件的头部信息的长度相同。

6.一种嵌入式系统的引导启动方法，所述嵌入式系统以FLASH为启动设备，其特征在于，所述FLASH的数据分区存储方法如权利要求1、2、5任一项所述；

所述嵌入式系统的引导启动方法包括步骤：

Bootloader探测当前系统中的FLASH型号，获得其扇区分布信息表；

Bootloader根据所述扇区分布信息表、Bootloader分区文件的位置偏移信息以及其他各分区文件的头部信息进行各分区文件的定位，根据定位结果生成FLASH的完整分区表；

在完整分区表中查找全部Image分区，据此完成系统引导启动处理。

7.如权利要求6所述嵌入式系统的引导启动方法，其特征在于，所述在完整分区表中查找全部Image分区并据此完成引导启动处理的过程具体为：在完整分区表中查找全部Image分区，从其头部信息中获得其CRC校验值和时间戳信息；

按照从新到旧的顺序依次检查Image分区的CRC值：先检查新的Image分区的CRC值是否有效，有效则停止检查，解压缩并启动该Image分区；否则检查较旧的Image分区的CRC值是否有效，有效则解压缩并启动较旧的Image分区；如果所有Image分区的CRC值均无效，则放弃引导，转入Bootloader下载模式；

从Image分区的头部信息中取得Rootfilesystem偏移长度信息，据此计算内核和根文件系统各自的容量大小，传递给解压缩之后的内核并引导处理。

8.一种嵌入式系统的引导启动方法，所述嵌入式系统以FLASH为启动设备，其特征在于，所述FLASH的数据分区存储方法如权利要求3～4任一项所述；

所述嵌入式系统的引导启动方法包括步骤：

Bootloader探测当前系统中的FLASH型号，获得其扇区分布信息表；

Bootloader根据所述扇区分布信息表、Bootloader分区文件的位置偏移信息以及其他各分区文件的头部信息进行各分区文件的定位，根据定位结果生成FLASH的完整分区表；

在完整分区表中查找全部Image分区，据此完成系统引导启动处理。

9.如权利要求8所述嵌入式系统的引导启动方法，其特征在于，所述各分区文件的定位方法具体包括：

Bootloader根据所述ELF格式文件中特殊段包含的Bootloader分区文件的位置偏移信息计算其自身容量的大小，再结合所述扇区分布信息表计算得出Bootloader分区文件所占用的扇区数；

Bootloader从Bootloader分区文件之后扇区的开始位置读取头部信息，据此定位下一分区文件，重复该步骤直至完成所有分区文件的定位。

10.如权利要求9所述嵌入式系统的引导启动方法，其特征在于，在分区文件的定位过程中，若Bootloader读取头部信息失败，则自动以扇区大小为单位，向后遍历剩余扇区头部，直至成功读取到下一个头部信息或者遇到FLASH结尾。

11.如权利要求8所述嵌入式系统的引导启动方法，其特征在于，所述在完整分区表中查找全部Image分区并据此完成引导启动处理的过程具体为：在完整分区表中查找全部Image分区，从其头部信息中获得其CRC校验值和时间戳信息；

按照从新到旧的顺序依次检查Image分区的CRC值：先检查新的Image分区的CRC值是否有效，有效则停止检查，解压缩并启动该Image分区；否则检查较旧的Image分区的CRC值是否有效，有效则解压缩并启动较旧的Image分区；如果所有Image分区的CRC值均无效，则放弃引导，转入Bootloader下载模式；

从Image分区的头部信息中取得Rootfilesystem偏移长度信息，据此计算内核和根文件系统各自的容量大小，传递给解压缩之后的内核并引导处理。