CN103677914B - 一种嵌入式系统简便切换介质引导启动装置及方法 - Google Patents
一种嵌入式系统简便切换介质引导启动装置及方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种嵌入式系统简便切换介质引导启动装置，包括：外部供电电源、参考基准电源、电压比较器、电子切换开关、微处理器以及存储介质；所述电压比较器获取所述外部供电电源和所述参考基准电源的电压值，并根据所述电压比较器判断结果，通过所述电子切换开关控制所述存储介质的切换；所述存储介质通过接口与所述微处理器总线连接。本发明实施例还公开了一种嵌入式系统简便切换介质引导启动方法。采用本发明，可通过改变外部供电电源电压值，切换启动介质更改启动顺序，确保系统的正常启动使用，具有适用性强、结构简单、操作方便的特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种嵌入式系统技术领域，尤其涉及一种嵌入式系统简便切换介质引导启动装置；相应地，还涉及一种嵌入式系统简便切换介质引导启动方法。
背景技术
在个人电脑中可以支持多种启动介质，比如可以从硬盘中启动，从DVD驱动器中启动，或者从U盘中启动。嵌入式处理器同样也支持多种启动介质和启动顺序，在嵌入式系统中常用的启动介质有NAND FLASH、eMMC、SD卡、USB接口、以太网接口。
在嵌入式系统中用户程序与系统存储通常保存在设备内部NANDFLASH或者eMMC存储器中。由于这类存储器技术上的缺陷，某些位发生翻转导致一整个块(Block)无法使用，而引起引导程序不能正常运行，设备无法启动系统不能正常使用。另外由于系统功能更新设备需要更新系统，有时候常常会在更新系统的时候人为的把用户引导代码擦除掉造成设备无法开机。
现如今处理上述情况通常采取如下三种方法：
1）将设备拆开，并在电路板上配置电路改变处理器的启动顺序从而更新用户引导程序与系统程序，通过拆开设备更新程序的技术方法较为复杂，用户不易操作，给产品维护带来不便。
2）另一种解决方法是将启动顺序配置电路接到设备的对外接口上，当用户引导程序和系统程序崩溃的时候使用这些接口改变处理器的启动顺序从而更新用户引导程序和系统程序，但采用此方法会增加设备接口的成本并且增加设备的体积，也会占用有限的接口资源。
3）部分嵌入式设备例如手机，可通过两个或者更多的物理按键实现更新程序，这种方法比拆开设备来更新方便容易。中国专利201010197315.1公开一种嵌入式设备及其内嵌软件的更新方法，利用物理按键实现启动引导程序，并更新系统软件的功能，但是采用此种方法的嵌入式设备需要两个或者更多物理按键，如嵌入式设备没有物理按键则无法使用这种方法。
上述现有的解决方案技术方法都存在一定的局限性与缺点，亟需提供一种嵌入式设备介质引导启动的方法和装置可克服现有技术的缺点。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种嵌入式系统简便切换介质引导启动装置，可通过改变外部供电电源电压值，切换启动介质更改启动顺序，确保系统的正常启动使用，具有适用性强、结构简单、操作方便的特点；另外，本发明的另一个目的在于提供一种采用如上所述装置的嵌入式系统简便切换介质引导启动方法。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种嵌入式系统简便切换介质引导启动装置，包括：外部供电电源、参考基准电源、电压比较器、电子切换开关、微处理器以及存储介质；
所述电压比较器获取所述外部供电电源和所述参考基准电源的电压值，并根据所述电压比较器判断结果，通过所述电子切换开关控制所述存储介质的切换；所述存储介质通过接口与所述微处理器总线连接。
作为上述方案的改进，所述嵌入式系统简便切换介质引导启动装置还包括1-36V的设备供电电源。
作为上述方案的改进，所述电压比较器为滞回比较器。
作为上述方案的改进，所述电压切换开关设有P沟道MOS（Metal-Oxide-Semiconductor）管，用于控制所述存储介质芯片的工作与关闭。
作为上述方案的改进，所述存储介质包括固化存储介质和便携存储介质；
所述固化存储介质和所述便携存储介质内嵌有用户引导程序和/或系统程序；所述固化存储介质包括NAND FLASH和eMMC，所述便携存储介质包括SD卡、TF卡、USB接口和以太网接口。
作为上述方案的改进，所述外部供电电源和所述电压比较器之间还设有精密电阻分压器。
相应地，本发明实施例还提供了一种嵌入式系统简便切换介质引导启动方法，包括如下步骤：
一、电压比较器获取外部供电电源和参考基准电源的电压值；
二、电压比较器根据外部供电电源和参考基准电源的电压值，判断外部供电电源的电压处在正常工作电压范围还是启动介质切换触发电压范围，通过电子切换开关，选择导通固化存储介质或是便携存储介质；
三、微处理器通过总线读取经步骤二导通的存储介质中的用户引导程序和/或系统程序，从存储介质正常启动系统。
作为上述方案的改进，所述正常工作电压范围为6-24V，所述启动介质切换触发电压范围为30-36V。
作为上述方案的改进，电压比较器获取外部供电电源电压值时需通过精密电阻分压器对外部供电电源的电压值进行测量。
作为上述方案的改进，当所述外部供电电源的电压处在6-24V正常工作电压范围时，电子切换开关中的P沟道MOS管导通，使设备供电电源向固化存储介质正常供电；当所述外部供电电源的电压处在30-36V启动介质切换触发电压范围时，电子切换开关中的P沟道MOS管关断，切换至便携存储介质，使设备供电电源向便携存储介质正常供电。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：
本发明实施例所述嵌入式系统简便切换介质引导启动装置及方法，通过调整外部供电电源的电压值，利用电压比较器比较外部供电电源和所述参考基准电源的电压值，由电子切换开关根据比较结果切换导通至相应的存储介质，微处理器通过总线读取安装有用户引导程序和/或系统程序的存储介质，实现启动系统的功能。采用本发明实施例无须拆开设备配置电路改变处理器的启动顺序，用户操作方便简单；也不额外增加物理按键或接口从而影响设备体积和结构，只需应用嵌入式设备皆有的外部电源接口即可实现启动顺序的切换，适用于不同种类的嵌入式设备；另外，在嵌入式设备固化程序遭受不同程度的破坏情况下，由于本发明实施例兼容便携存储介质作为启动介质，且可简便切换到便携存储介质启动用户引导程序和/或系统程序，可由用户自行启动系统和更新系统，方便用户使用，降低维护成本。
附图说明
图1是本发明嵌入式系统简便切换介质引导启动装置的结构示意图；
图2是本发明嵌入式系统简便切换介质引导启动装置的又一结构示意图；
图3是本发明嵌入式系统简便切换介质引导启动装置滞回比较器电路图；
图4是本发明嵌入式系统简便切换介质引导启动装置滞回比较器传输特性曲线图；
图5是本发明嵌入式系统简便切换介质引导启动方法的流程示意图；
图6是本发明嵌入式系统简便切换介质引导启动方法工作流程图。
具体实施方式
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作进一步地详细描述。
如图1所示，本发明实施例提供一种嵌入式系统简便切换介质引导启动装置，包括：外部供电电源1、参考基准电源2、电压比较器3、电子切换开关4、微处理器6以及存储介质5；
所述电压比较器3获取所述外部供电电源1和所述参考基准电源2的电压值，并根据所述电压比较器3判断结果，通过所述电子切换开关4控制所述存储介质5的切换；所述存储介质5通过接口与所述微处理器6总线连接。
优选地，本发明实施例所述存储介质5包括固化存储介质51和便携存储介质52；所述固化存储介质51和便携存储介质52内嵌有用户引导程序和/或系统程序；
所述固化存储介质51包括NAND FLASH和eMMC，所述便携存储介质52包括SD卡、TF卡、USB接口和以太网接口。
本发明实施例通过嵌入式设备的外部电源接口与外部供电电源1连通，电压比较器3分别与设置在本发明实施例中的参考基准电源2与外部供电电源1相连通，以参考基准电源2与外部供电电源1作为电子比较器的电压比较源，检测两种电源的电压值，将比较结果输送至电子切换开关4，当所述外部供电电源1的电压值在设备正常工作电压范围内时，电子切换开关4切换到固化存储介质51，固化存储介质51电源通路导通，微处理器6CPU通过总线读取所述固化存储介质51中的用户引导程序和/或系统程序，从固化存储介质51正常启动系统；当外部供电电源1在启动介质切换触发电压范围内时，触发电子切换开关4切换到便携存储介质52，此时其电源通路导通，微处理器6CPU通过相关总线从便携存储介质52读取用户引导程序和/或系统程序，可启动、更新、升级程序。
本发明实施例通过改变外部供电电源1这个变量来控制电子切换开关4的动作，导通相应存储介质5，可改变启动顺序从而实现嵌入式设备的正常启动的目的。对于每一种嵌入式设备来说，必然有一个设备外部电源接口与外部供电电源1相配合，而本发明实施例正是利用设备外部电源接口，无需增加任何物理按键与其它物理接口，从而简便实现嵌入式设备用户引导程序和/或系统程序启动介质切换的功能。
图2是本发明优选实施例的结构示意图，提供一种嵌入式系统简便切换介质引导启动装置，包括：外部供电电源1、参考基准电源2、电压比较器3、电子切换开关4、微处理器6以及存储介质5；
所述电压比较器3获取所述外部供电电源1和所述参考基准电源2的电压值，并根据所述电压比较器3判断结果，通过所述电子切换开关4控制所述存储介质5的切换；所述存储介质5通过接口与所述微处理器6总线连接。
优选地，所述嵌入式系统简便切换介质引导启动装置还包括1-36V的设备供电电源8。
优选地，所述电压比较器3为滞回比较器31。
需要说明的是，设备供电电源8为固化存储介质51以及滞回比较器31提供电源。
优选地，所述电压切换开关设有P沟道MOS管41，用于控制所述存储介质5芯片的工作与关闭。
优选地，所述存储介质5包括固化存储介质51和便携存储介质52；
所述固化存储介质51和便携存储介质52内嵌有用户引导程序和/或系统程序；
所述固化存储介质51包括NAND FLASH和eMMC，所述便携存储介质52包括SD卡、TF卡和USB接口。
优选地，所述外部供电电源1和所述电压比较器3之间还设有精密电阻分压器7。
本实施例要实现简便切换启动介质的目的，有两个部件的设置尤为关键，一个是电压比较器3，另一个是电子切换开关4。
为了使当外部电源调节变化时，仍能稳定控制固化存储介质51电源通路的通断，本实施例选用的电压比较器3为滞回比较器31采用滞回比较器31，由于其有滞回特性，具有很强的抗干扰能力。
如图3所示为本发明实施例的滞回比较器31电路原理图，滞回比较器31电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、负载RL、滞回比较器U1A、参考基准电压源VREF、输入电压Vin、输出电压Vout、直流电源VCC。
输入电压Vin通过电阻R3接滞回比较器U1A的反相输入端2，参考基准电压源VREF通过电阻R1接滞回比较器U1A的正相输入端3，滞回比较器U1A输出端1通过电阻R2与正相输入端3连接形成滞回结构，另一方面，滞回比较器U1A与直流电源VCC连接。
此滞回比较器的门限电压计算公式如下所示：
式（1）
式（2）
已知参数有：VREF=1.1V，VCC=3.3V，VTH1=1.25V，VTH2=1.0V，VOLOW=0.15V，RL=10K。将以上已知参数代入式（1）和式（2）联立方程可得：R1≈1.935K，R2≈16.45K。
根据实际情况取值为R1=2.2K，R2=20K。代入式（1）和式（2）验证可得：VTH1=1.2503V，VTH2=1.006V，符合要求。
其传输特性如图4所示：
滞回比较器的门限宽度（迟滞宽度）为：
ΔU=UTH1–UTH2=1.25V-1.0V=0.25V。
滞回比较器31的电压比较源为外部供电电源1经分压后的电源和参考基准电源2，具体分压比例由滞回比较器31的迟滞电压阈值确定。本发明实施例的所述正常工作电压范围为6-24V，所述启动介质切换触发电压范围为30-36V，因此需要计算出外部供电电源1电压值在24-30V时精密电阻分压器7将外部供电电源1电压分压具体数值。由滞回比较器31的门限电压值及迟滞宽度可知，外部输入电源调节电压范围24-30V时的对应迟滞宽度电压为1.0-1.25V，因此外部电源的24V及30V应分压至1.0V和1.25V作为比较器的一个输入源。
滞回比较器31根据外部供电电源1经分压后的电压值，控制设有P沟道MOS管41的电子切换开关4与相应存储介质5的导通与关闭，该电子切换开关4切换启动介质工作原理如下：
（1）当滞回比较器31检测出外部供电电源1经分压后的电压值处于正常工作电压范围6-24V时，P沟道MOS管41与固化存储介质51导通，由3.3V设备供电电源8通过P沟道MOS管41向固化存储介质51正常供电。
（2）当滞回比较器31检测出外部供电电源1经分压后的电压值处于启动介质切换触发电压范围30-36V时，P沟道MOS管41与固化存储介质51导通通道关闭，设备供电电源8无法向固化存储介质51正常供电，此时系统启动顺序改变，切换至便携存储介质52启动。
综上，本发明实施例一种嵌入式系统简便切换介质引导启动装置通过改变外部供电电源这个变量来控制电子切换开关4的动作，导通相应存储介质5，改变启动顺序，从而实现嵌入式设备的正常启动的目的。
相应地，本发明实施例还提供一种嵌入式系统简便切换介质引导启动方法，包括如下步骤：
一、电压比较器获取外部供电电源和参考基准电源的电压值；
二、电压比较器根据外部供电电源和参考基准电源的电压值，判断外部供电电源的电压处在正常工作电压范围还是启动介质切换触发电压范围，通过电子切换开关，选择导通固化存储介质或是便携存储介质；
三、微处理器通过总线读取经步骤二导通的存储介质中的用户引导程序和/或系统程序，从存储介质正常启动系统。
如图5所述，本发明优选实施例提供一种嵌入式系统简便切换介质引导启动方法，包括如下步骤：
S100：分压。
外部供电电源在向滞回比较器提供电源前，需通过精密电阻分压器进行分压，具体分压比例由滞回比较器的迟滞电压阈值确定。
S101：电压比较器检测外部供电电源和参考基准电源的电压值。
本实施例电压比较器采用S100步骤的滞回比较器，所述滞回比较器的电压比较源为外部供电电源经分压后的电源和参考基准电源，需要通过比较结果来控制电子切换开关，因此需要检测滞回比较器外部供电电源经分压后的电源和参考基准电源的电压值。
S102：电子切换开关根据比较结果，切换导通相应的存储介质。
本实施例中外部供电电源的电压为6-24V时属于正常工作电压范围，当外部供电电源的电压为30-36V时属于启动介质切换触发电压范围。当所述外部供电电源的电压处在6-24V正常工作电压范围时，电子切换开关中的P沟道MOS管导通，使设备供电电源向固化存储介质正常供电；当所述外部供电电源的电压处在30-36V启动介质切换触发电压范围时，电子切换开关中的P沟道MOS管关断，切换至便携存储介质，使设备供电电源向便携存储介质正常供电。
S103：微处理器读取导通的存储介质，启动系统。
微处理器通过总线读取经S102导通的存储介质中的用户引导程序和/或系统程序，从相应存储介质正常启动系统。
本实施例的工作流程如图6所示：
（1）当滞回比较器检测出外部供电电源经分压后的电压值处于正常工作电压范围6-24V时，P沟道MOS管与固化存储介质导通，由设备供电电源通过P沟道MOS管向固化存储介质正常供电，微处理器通过总线读取内嵌在固化存储介质中的用户引导程序和/或系统程序，从固化存储介质中正常启动系统。
（2）当滞回比较器检测出外部供电电源经分压后的电压值处于启动介质切换触发电压范围30-36V时，P沟道MOS管与固化存储介质导通通道关闭，设备供电电源无法向固化存储介质正常供电，此时触发电子切换开关与便携存储介质导通；当系统从便携存储介质启动之后，将外部供电电源电压调回至6-24V范围内，此时设备如步骤（1）中的流程工作，P沟道MOS管与固化存储介质导通，固化存储介质重新得电工作，此时更新固化存储介质中的用户引导程序和/或系统程序，系统可重新从固化存储介质启动。
（3）若当滞回比较器检测出外部供电电源经分压后的电压值既不处于6-24V 范围内，也不处于30-36V范围时，嵌入式设备无法正常工作运行。
综上所述，本发明实施例所述嵌入式系统简便切换介质引导启动装置及方法，通过调整外部供电电源的电压值，利用电压比较器比较外部供电电源和所述参考基准电源的电压值，由电子切换开关根据比较结果切换导通至相应的存储介质，微处理器通过总线读取安装有用户引导程序和/或系统程序的存储介质，实现启动系统的功能。采用本发明实施例无须拆开设备配置电路改变处理器的启动顺序，用户操作方便简单；也不额外增加物理按键或接口从而影响设备体积和结构，只需应用嵌入式设备皆有的外部电源接口即可实现启动顺序的切换，适用于不同种类的嵌入式设备；另外，在嵌入式设备固化程序遭受不同程度的破坏情况下，由于本发明实施例兼容便携存储介质作为启动介质，且可简便切换到便携存储介质启动用户引导程序和/或系统程序，可由用户自行启动系统和更新系统，方便用户使用，降低维护成本。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (9)
1.一种嵌入式系统简便切换介质引导启动装置，其特征在于，包括：外部供电电源、参考基准电源、电压比较器、电子切换开关、微处理器以及存储介质；
所述电压比较器获取所述外部供电电源和所述参考基准电源的电压值，并根据所述电压比较器判断结果，通过所述电子切换开关控制所述存储介质的切换；所述存储介质通过接口与所述微处理器总线连接；
所述电子切换开关设有P沟道MOS管，用于控制所述存储介质芯片的工作与关闭。
2.如权利要求1所述嵌入式系统简便切换介质引导启动装置，其特征在于，所述嵌入式系统简便切换介质引导启动装置还包括1-36V的设备供电电源。
3.如权利要求1所述嵌入式系统简便切换介质引导启动装置，其特征在于，所述电压比较器为滞回比较器。
4.如权利要求1所述嵌入式系统简便切换介质引导启动装置，其特征在于，所述存储介质包括固化存储介质和便携存储介质；
所述固化存储介质和所述便携存储介质内嵌有用户引导程序和/或系统程序；所述固化存储介质包括NAND FLASH和eMMC，所述便携存储介质包括SD卡、TF卡、USB接口和以太网接口。
5.如权利要求1所述嵌入式系统简便切换介质引导启动装置，其特征在于，所述外部供电电源和所述电压比较器之间还设有精密电阻分压器。
6.一种利用权利要求1实现嵌入式系统简便切换介质引导启动的方法，其特征在于，包括如下步骤：
一、电压比较器获取外部供电电源和参考基准电源的电压值；
二、电压比较器根据外部供电电源和参考基准电源的电压值，判断外部供电电源的电压处在正常工作电压范围还是启动介质切换触发电压范围，通过电子切换开关，选择导通固化存储介质或是便携存储介质；
三、微处理器通过总线读取经步骤二导通的存储介质中的用户引导程序和/或系统程序，从存储介质正常启动系统。
7.如权利要求6所述的嵌入式系统简便切换介质引导启动方法，其特征在于，所述正常工作电压范围为6-24V，所述启动介质切换触发电压范围为30-36V。
8.如权利要求6所述的嵌入式系统简便切换介质引导启动方法，其特征在于，电压比较器获取外部供电电源电压值时需通过精密电阻分压器对外部供电电源的电压值进行测量。
9.如权利要求7所述的嵌入式系统简便切换介质引导启动方法，其特征在于，当所述外部供电电源的电压处在6-24V正常工作电压范围时，电子切换开关中的P沟道MOS管导通，使设备供电电源向固化存储介质正常供电；当所述外部供电电源的电压处在30-36V启动介质切换触发电压范围时，电子切换开关中的P沟道MOS管关断，切换至便携存储介质，使设备供电电源向便携存储介质正常供电。
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