CN102866934A - 基于非易失随机存储器的嵌入式设备的休眠及唤醒系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于非易失随机存储器的嵌入式设备的休眠及唤醒系统，应用于嵌入式设备的操作系统中，其至少包括：一中央处理器及一具有CPU状态备份区和用以存储内存动态信息的系统RAM区的非易失随机存储器，该中央处理器接收到休眠信号时，挂起内存中相关进程及性能管理模块中注册的设备，保存CPU寄存器信息并备份至CPU状态备份区；在接收唤醒信号时，将CPU状态备份区保存的CPU寄存器信息装载至中央处理器，并基于系统RAM区的内存动态数据唤醒休眠的设备及进程，因采用非易失存储器，系统在休眠与唤醒时系统RAM区的动态内存数据无需另行备份及装载，进而降低了系统休眠及唤醒时的工作量和功耗，同时提高了系统的运行速度。

Description

基于非易失随机存储器的嵌入式设备的休眠及唤醒系统
技术领域
本发明涉及一种嵌入式操作系统领域，特别是涉及一种基于非易失随机存储器保存的状态信息，快速恢复到嵌入式操作系统结束时的运行状态的休眠及唤醒系统。
背景技术
嵌入式系统是以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。随着嵌入式技术及半导体存储器技术的飞速发展，消费者对嵌入式产品的启动速度、运行实时性、功耗等各方面提出来更高的要求。因此，简化嵌入式操作系统的启动引导过程、缩短启动时间、降低系统功耗对嵌入式产品的赢得市场地位具有十分重要的意义。
为实现嵌入式设备的快速启动及降低系统功耗，系统休眠唤醒机制已被应用于嵌入式设备管理的范畴，即当系统进入休眠模式后，整个系统会进入低功耗休眠模式，当外部中断被触发或者实时时钟中断被触发时，系统被快速唤醒。嵌入式系统常用是休眠技术有三种：一、Suspend即挂起，显示屏自动关闭，只是主机通电，这时敲任意键即可恢复原来状态。二、Suspend to Ram即挂起到内存，系统把当前信息储存在内存中，电源仍然继续为内存等必要的设备供电，以确保数据不丢失，而其它设备均处于关闭状态，系统的耗电量极低，按任意键后系统从内存中读取信息很快恢复到原来状态。三、Suspend to Disk即挂起到硬盘，即系统将自动关机，关机前将当前数据存储在硬盘上，硬盘随即停止转动系统进入低功耗状态，当再开机时系统会跳过自检，直接从硬盘恢复原来的系统状态，而不是正常系统的默认状态，从而缩短了开机。
在现有技术中，传统嵌入式设备的存储系统中采用易失性DRAM存储系统执行代码时的变量和数据结构，也就是说是基于DRAM存储器的休眠唤醒技术，请参阅图1，显示为传统嵌入式系统的休眠及唤醒系统架构示意图，如图所示，所述传统嵌入式系统的休眠及唤醒系统包括CPU11、DRAM12、NAND FLASH存储器13、以及NOR FLASH存储器14，当嵌入式系统休眠时，CPU11需要同时备份DRAM12存储的内存动态信息及CPU寄存器信息，并写入NAND FLASH存储器13的文件系统(Rootfs)131中；嵌入式系统唤醒时需要将系统休眠时备份的数据重新加载到DRAM12中，并在DRAM12中装载休眠前的动态随机存储器及CPU寄存器的内容。这种技术存在的问题是：在数据备份以及装载时的工作量相对较大，进而增加了系统的功耗，同时需要较大的非易失存储器空间来保存备份信息。
因而，如何提出一种嵌入式设备的休眠及唤醒系统，以实现嵌入式操作系统启动时快速恢复到系统结束时的运行状态，实为本领域从业者亟待解决的问题。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于非易失随机存储器的嵌入式设备的休眠及唤醒系统，用以解决现有技术中嵌入式设备的休眠及唤醒系统存在的在数据备份、装载时的工作量相对较大，系统运行速度慢，系统功耗高等问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于非易失随机存储器的嵌入式设备的休眠及唤醒系统，应用于嵌入式设备的操作系统中，其特征在于，所述嵌入式设备的休眠及唤醒系统至少包括：一中央处理器，用于接收到所述操作系统发送的休眠信号时，保存CPU寄存器信息并输出；以及一非易失随机RAM，连接于所述中央处理器，具有CPU状态备份区和用以存储内存动态信息的系统RAM区，在接收到所述中央处理器输出CPU寄存器信息时，将所述CPU寄存器信息备份至所述CPU状态备份区；在接收到所述操作系统发送的唤醒信号时，将所述CPU状态备份区保存的CPU寄存器信息装载至所述中央处理器，并基于系统RAM区的内存动态信息唤醒休眠的设备及进程。
在本发明的基于非易失随机存储器的嵌入式设备的休眠及唤醒系统中，所述非易失随机RAM为相变存储器、阻变存储器、磁存储器、或铁电存储器。
本发明的基于非易失随机存储器的嵌入式设备的休眠及唤醒系统，还包括基于非易失存储器的一系统启动存储器，用于执行所述操作系统的启动作业，具有引导程序存储区、内核存储区、以及文件系统存储区。在一种实施方式中，所述系统启动存储器为NOR FLASH单类型的非易失存储器。在另外一种实施方式中，所述系统启动存储器为NOR FLASH与NAND FLASH的混合类型的非易失存储器。
所述非易失随机RAM的系统RAM区存储的内存动态信息为内存中相关进程及性能管理模块中注册的设备的状态信息。
如上所述，本发明的嵌入式设备的休眠及唤醒系统与现有技术相比，其具有以下有益效果：
1，高效性：基于新型非易失随机存储器构建系统运行时动态数据存储区，降低了系统休眠及唤醒时的工作量，同时提高了系统的运行速度。
2，启动时间加快：系统基于新型非易失随机存储器保存系统状态信息恢复到关机前的工作状态，加速了嵌入式设备的启动过程。
3，系统功耗降低：系统中以新型非易失随机存储器替代DRAM作为内存区保存动态数据时，无需周期供电动态刷新，既降低系统对DRAM的需求，又可降低系统的功耗。
附图说明
图1显示为传统嵌入式系统的休眠及唤醒系统架构示意图。
图2显示为本发明的基于非易失随机存储器的嵌入式设备的休眠及唤醒系统架构示意图。
图3显示为本发明的嵌入式设备的休眠及唤醒系统的休眠流程示意图。
图4显示为本发明的嵌入式设备的休眠及唤醒系统的唤醒流程示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图2，图2显示为本发明的基于非易失随机存储器的嵌入式设备的休眠及唤醒系统架构示意图。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
如图所示，本发明提供一种基于非易失随机存储器的嵌入式设备的休眠及唤醒系统，应用于嵌入式设备的操作系统中，所述嵌入式设备的休眠及唤醒系统至少包括：一中央处理器(CPU)21，一非易失随机RAM22，以及基于非易失存储器的一系统启动存储器23。
所述中央处理器21与所述非易失随机RAM22连接，用于接收到所述操作系统发送的休眠信号时，保存CPU寄存器信息并输出至所述非易失随机RAM22中。
所述非易失随机RAM22具有CPU状态备份区221和用以存储内存动态信息的系统RAM区222，具体地，所述非易失随机RAM22的系统RAM区222存储的内存动态信息为内存中相关进程及性能管理模块中注册设备的状态信息。所述非易失随机RAM22在接收到所述中央处理器21输出的CPU寄存器信息时，将所述CPU寄存器信息备份至所述CPU状态备份区221，在操作系统休眠时，因系统RAM采用了非易失随机存储器，系统RAM区222中的内存动态信息无需另行备份。
所述中央处理器21接收到所述操作系统发送的唤醒信号时，将所述CPU状态备份区221保存的CPU寄存器信息装载至所述中央处理器21，而后直接基于所述系统RAM区222保存的内存信息唤醒休眠的相关进程及性能管理模块中注册的设备，而无需像传统的唤醒系统那样，再从系统RAM中加载内存动态信息，进而降低了系统休眠及唤醒时的工作量、节省了存储器空间从而提高了系统的运行速度。在具体的实施过程中，所述非易失随机RAM22为相变存储器(PCRAM，Phase Change Random Access Memory)、阻变存储器(R-RAM)、磁存储器(MRAM，Magnetic Random Access Memory)、或铁电存储器(FeRAM)，在本实施例中，所述非易失随机RAM22暂以相变存储器(PCRAM，Phase Change Random Access Memory)为例进行说明。
所述系统启动存储器23用于执行所述操作系统的启动作业，具有引导程序(Bootloader)存储区231、内核(Kernel)存储区232、以及文件系统(Rootfs)存储区233。在本实施方式中，所述系统启动存储器23为NOR FLASH单类型的非易失存储器。在其他实施方式中，所述系统启动存储器23也可以为NOR FLASH与NAND FLASH的混合类型的非易失存储器。本实施方式中的系统启动存储器相较于传统的技术，将引导程序存储区231、内核存储区232、以及文件系统存储区233兼容到同一个存储器中，进而也有利于提升系统的启动速度。
为进一步阐明本发明的原理及功效，请参阅图3及图4，图3显示为本发明的嵌入式设备的休眠及唤醒系统的休眠流程示意图；图4显示为本发明的嵌入式设备的休眠及唤醒系统的唤醒流程示意图；同时请配合参阅图2。
如图3所示，在步骤S11中，请求系统休眠信号，所述操作系统发送休眠信号，接着进至步骤S12。
在步骤S12中，挂起内存相关进程，所述操作系统将内存中的相关进程挂起，接着进至步骤S13。
在步骤S13中，挂起性能管理模块中注册的设备，所述操作系统将性能管理模块中注册的相关设备挂起，接着进至步骤S14。
在步骤S14中，保存CPU状态并写入CPU状态备份区，所述中央处理器21将所述CPU寄存器信息备份至所述非易失随机RAM22的CPU状态备份区221，接着进至步骤S15。
在步骤S15中，完成休眠前的工作状态保存，此时系统可进入休眠状态。由上可知，由于系统RAM采用了非易失随机存储器，所以系统RAM区222中的内存动态信息无需另行备份。
如图4所示，在步骤S21中，请求系统唤醒信号，所述操作系统发送唤醒信号，接着进至步骤S22。
在步骤S22中，基于CPU状态备份区保存的CPU寄存器信息装载至中央处理器，所述非易失随机RAM22在接收到所述唤醒信号时，将所述CPU状态备份区221保存的CPU寄存器信息装载至所述中央处理器21，接着进至步骤S23。
在步骤S23中，唤醒性能管理模块中注册的被挂起的设备，基于所述系统RAM区222的内存信息，唤醒处于休眠中的性能管理模块中注册的设备，接着进至步骤S24。
在步骤S24中，基于所述系统RAM区222的内存信息，唤醒处于休眠中的相关进程，接着进至步骤S25。
在步骤S25中，完成休眠前的工作状态恢复，此时系统可进入工作状态。由上可知，由于系统RAM采用了非易失随机存储器，所以系统RAM区222中的内存动态信息无需另行加载。
综上所述，本发明的基于非易失随机存储器的嵌入式设备的休眠及唤醒系统，降低了系统休眠及唤醒时的工作量，提高了系统的运行速度，加速了嵌入式设备的启动过程。而且，系统中以新型非易失随机存储器替代DRAM作为内存区保存动态数据时，无需周期供电动态刷新，既降低系统对DRAM的需求，又可降低系统的功耗。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (4)

1.一种基于非易失随机存储器的嵌入式设备的休眠及唤醒系统，应用于嵌入式设备的操作系统中，其特征在于，所述嵌入式设备的休眠及唤醒系统至少包括：
一中央处理器，用于接收到所述操作系统发送的休眠信号时，保存CPU寄存器信息并输出；
一非易失随机RAM，连接于所述中央处理器，具有CPU状态备份区和用以存储内存动态信息的系统RAM区，在接收到所述中央处理器输出CPU寄存器信息时，将所述CPU寄存器信息备份至所述CPU状态备份区；在接收到所述操作系统发送的唤醒信号时，将所述CPU状态备份区保存的CPU寄存器信息装载至所述中央处理器，并基于系统RAM区的内存动态信息唤醒休眠的设备及进程。
2.根据权利要求1所述的基于非易失随机存储器的嵌入式设备的休眠及唤醒系统，其特征在于：所述非易失随机RAM为相变存储器、阻变存储器、磁存储器、或铁电存储器。
3.根据权利要求1所述的基于非易失随机存储器的嵌入式设备的休眠及唤醒系统，其特征在于：还包括基于非易失存储器的一系统启动存储器，用于执行所述操作系统的启动作业，具有引导程序存储区、内核存储区、以及文件系统存储区。
4.根据权利要求1所述的基于非易失随机存储器的嵌入式设备的休眠及唤醒系统，其特征在于：所述非易失随机RAM的系统RAM区存储的内存动态信息为内存中相关进程及性能管理模块中注册的设备的状态信息。
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