CN104035776B - 一种操作系统的启动方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种操作系统的启动方法，该方法包括：设置嵌入式微处理器的引导设置标志，选择启动模式；当选择NOR启动模式后，启动NOR FLASH；获得主程序入口，启动操作系统。本发明提高了引导加载的稳定性和速度。

Description

一种操作系统的启动方法

技术领域

本发明涉及操作系统的启动方法，特别涉及一种嵌入式系统的操作系统的启动方法。

背景技术

嵌入式系统是在满足实际应用基础上的最小简化型系统，广泛应用于工业控制、电子设备产品等，例如智能交通系统中的实时监控。由于嵌入式系统的启动和程序的加载都要由引导程序来完成，因此，引导程序在嵌入式系统中是非常关键的，如果引导程序出问题，或引导程序加载的应用程序出现问题，都可能会引起整个系统瘫痪，甚至不可修复。嵌入式的BootLoader通常是存储在FLASH上的。NOR FLASH作为闪存的一种，支持片内执行，读速度稍快于NAND，更加适用于小量代码存储。基于ARM内核的微处理器在工业应用中使用广泛，例如三星S3C2440嵌入式微处理器基于ARM920T内核，内含高性能32位RISC处理器，然而现有的基于ARM920T内核的嵌入式微处理器的系统引导方法在利用NOR闪存的过程中，均存在不稳定，速度慢的现象。为了应用于实时监控等领域，基于该处理器的嵌入式系统的启动方式仍有改进的必要。

因此，针对相关技术中所存在的上述问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

为解决上述现有技术所存在的问题，本发明提出了一种操作系统的启动方法，用于在嵌入式系统中启动操作系统，其特征在于，包括：

步骤一，设置嵌入式微处理器的引导设置标志，选择启动模式；

步骤二，当选择NOR启动模式后，启动NOR FLASH；

步骤三，获得主程序入口，启动操作系统。

优选地，所述嵌入式微处理器的ARM根据所述引导设置标志，选择从异步外部存储器接口上的NOR或者从ARM的内部ROM启动，

所述引导设置标志包括如下设置：

(1)引导设置标志＝01时，为外部异步存储器接口启动方式，此时启动不包含ARM内部ROM，即不运行只读BootLoader

(2)引导设置标志＝00时，只读BootLoader运行，NOR模式启动，

(3)引导设置标志＝10时，只读BootLoader运行，SD模式启动，

(4)引导设置标志＝11时，只读BootLoader运行，UART模式启动。

优选地，所述步骤二进一步包括：

步骤2.1.执行只读BootLoader，初始化2KB的空间0x4000-0x7FFF作为堆栈，最后32bit闲置,用于写入找到的用户BootLoader的块号，禁止所有中断和中断请求；

步骤2.2.从NOR器件中读出设备ID，然后从只读BootLoader的信息表中读取出页大小和块大小，该信息表是S3C2440所支持的NOR设备的列表；然后，只读BootLoader在NOR的block 1中的page 0查找用户BootLoader的描述符；

步骤2.3.如果没有根据特殊启动模式指示符找到有效的用户BootLoader，继续查找下一个块block，所述特殊启动模式指示符是基于在一个块的第0页的前32bit读取检测到的信息，最后两位决定了NOR的启动模式；所述特殊启动模式包括：安全模式，DMA模式，高速缓存模式，快速启动模式；

步骤2.4当找到有效的用户BootLoader标识符后，所在块的号码被写在ARM内部RAM的最后32bit，该32bit可通过JTAG读取，如果在搜寻完所有块之后还没有找到有用的标识符，则尝试通过SD启动；

步骤2.5.当有效的用户BootLoader被找到之后，只读BootLoader处理用户BootLoader描述符，该用户BootLoader描述符给出了装载用户BootLoader和移交用户BootLoader控制权所需要的信息，并且提供了在用户BootLoader的拷贝期间是否应用DMA的信息；当满足启动条件时，只读BootLoader拷贝用户BootLoader到内部RAM，在系统中断向量表之后开始拷贝用户BootLoader，所述用户BootLoader描述符提供了用户装载程序的详细信息，包括特殊启动模式、用户BootLoader入口的绝对地址，以页为单位的用户BootLoader的大小，用户BootLoader起始块地址，用户BootLoaderUBL的起始页地址；利用ECC校验来确定在将用户BootLoader读取到内部RAM时是否有错误发生，如果检测到错误，则用户BootLoader通过ECC校正算法来校正错误，如果读取用户BootLoader失败，则拷贝过程暂停，只读BootLoader从找到特殊启动模式的块中继续查找相邻的块，以查找另一特殊启动模式，直到成功读取读取用户BootLoader，如果在搜索了所有块之后没有找到有效的用户BootLoader描述符，则只读BootLoader通过SD启动；

步骤2.6将用户BootLoader读取到内部RAM之后，只读BootLoader将控制权交给用户BootLoader；

步骤2.7用户BootLoader开始扫描NOR，以查找应用BootLoader描述符的特殊启动模式，如果找到了描述符，则用户BootLoader将应用BootLoader装载进RAM，并跳转到应用BootLoader的入口地址应用BootLoader的描述符，如果找不到应用BootLoader的描述符，则提示加载失败，方法中止；所述应用BootLoader描述符提供了应用程序的详细信息，包括应用BootLoader在NOR中存储的起始块地址，应用BootLoader拷贝至DDR的起始地址，应用BootLoader的入口地址，应用BootLoader的大小，应用BootLoader是否被压缩的标志。

本发明相比现有技术，具有以下优点：

提出了基于ARM内核的嵌入式微处理器利用NOR闪存的系统引导加载操作系统的方法，提高了引导加载的稳定性和速度，适用于实时监控的应用。

附图说明

图1是根据本发明实施例的操作系统的启动方法的流程图。

具体实施方式

下文与图示本发明原理的附图一起提供对本发明一个或者多个实施例的详细描述。结合这样的实施例描述本发明，但是本发明不限于任何实施例。本发明的范围仅由权利要求书限定，并且本发明涵盖诸多替代、修改和等同物。在下文描述中阐述诸多具体细节以便提供对本发明的透彻理解。出于示例的目的而提供这些细节，并且无这些具体细节中的一些或者所有细节也可以根据权利要求书实现本发明。

本发明的一方面提供了一种操作系统的启动方法。图1是根据本发明实施例的操作系统的启动方法流程图。以下实施例以微处理器S3C2440为例具体说明此类架构的嵌入式系统引导方法。如图1所示，实施本发明的具体步骤如下：

步骤一，设置嵌入式微处理器的引导设置标志，选择启动模式。

S3C2440的ARM可以从异步外部存储器接口上的NOR或者从ARM的内部ROM启动，这是由引导设置标志的配置决定的。引导设置标志也可以进一步设置ROM启动方式，即在芯片重置之后，除了当引导设置标志为01表明外部异步存储器接口已启动外，ARM一定从内部ROM的0x00008000处开始启动，ARM内部ROM中的这部分程序称作ROM Boot Loader(只读BootLoader)。

引导设置标志包括如下设置：

(1)引导设置标志＝01时，为外部异步存储器接口启动方式，这种模式由硬件控制，启动不包含ARM内部ROM，即只读BootLoader不运行。在由NOR启动的情况下，用户必须自己在NOR的启动页中放入必要的启动代码,这些代码必须为NOR设备设置外部异步存储器接口模块。在外部异步存储器接口被设置之后，启动会紧跟NOR启动页中的外部异步存储器接口管理页而继续。

(2)引导设置标志＝00时，只读BootLoader运行，NOR启动。

(3)引导设置标志＝10时，只读BootLoader运行，SD启动。

由此可见，不经由只读BootLoader的启动方式只有引导设置标志＝01一种，而经由只读BootLoader的启动方式有3种，此时引导设置标志≠01)。

在微处理器S3C2440的启动方式中，NOR启动适用于系统参数和功能固定的应用场合。SD启动适用于系统参数和功能经常需要改变的场合。在设计系统选择启动方式时，可以根据各种方式的特点，选择合适的方式启动系统。

步骤二，当选择NOR模式后，启动NOR FLASH。

当引导设置标志被设置为00时，NOR模式将启动，NOR启动模式默认NOR位于EM_CE0接口。启动NOR的具体步骤进一步包括：

(1)只读BootLoader执行，初始化2KB的空间0x4000-0x7FFF作为堆栈，最后32bit(0x7FFC-0x8000)闲置,因为这里会被写入找到的用户BootLoader的块号。此时会禁止所有中断、中断请求和快速中断请求。

(2)NOR器件的设备ID从NOR被读出来，然后从只读BootLoader的信息表中读取出一些必要的信息(如页大小和块大小)。信息表是S3C2440所支持的NOR设备的列表；然后，只读BootLoader在NOR的block 1中的page 0查找用户BootLoader的描述符。

(3)如果没有根据特殊启动模式指示符找到有效的用户BootLoader，继续查找下一个块，为了防止NOR中的坏块，优选地连续搜寻最多24个块，足够应付绝大部分NOR中的错误。

特殊启动模式指示符是基于在一个块的第0页的前32bit读取检测到的，只有块1-块24的page 0将会被读取和查找特殊启动模式指示符。特殊启动模式指示符的最后两位决定了NOR的启动模式。所述特殊启动模式包括：安全模式，DMA模式，高速缓存模式，快速启动模式，及其任意组合。

(4)当一个有效的用户BootLoader标识符被找到之后，这个块的号码被写在ARM内部RAM的最后32bit。

这种特性是为了调试方便，通过读这32bit，可以知道用户BootLoader在哪一个NOR块读到了有效的用户BootLoader标识符，该32bit可通过JTAG读取，如果在搜寻完24个块之后还没有找到有用的标识符，则S3C2440将会尝试通过SD启动。

(5)当有效的用户BootLoader被找到之后，只读BootLoader处理用户BootLoader描述符，该用户BootLoader描述符给出了装载用户BootLoader和移交用户BootLoader控制权所需要的信息。

接下来读取和处理用户BootLoader，只读BootLoader首先可能会根据特殊启动模式所提供的信息启用一些与高速缓存相关的操作。此外，描述符提供了在用户BootLoader的拷贝期间是否应用DMA的信息。当满足启动条件时，只读BootLoader拷贝用户BootLoader到S3C2440的内部RAM，起始地址为0x00000020，开始的32B是ARM的系统中断向量表(8个向量，每个4B)。在该中断向量表之后，开始拷贝用户BootLoader，用户BootLoader描述符提供了用户装载程序的详细信息，该信息包括：特殊启动模式、用户BootLoader入口的绝对地址，用户BootLoader的大小(以页为单位)，用户BootLoader起始块地址，用户BootLoaderUBL的起始页地址。

NOR只读BootLoader应用4bit ECC校验来确定在将用户BootLoader读取到内部RAM时是否有错误发生。假如4bit ECC校验检测到了错误，则用户BootLoader会通过ECC校正算法来校正错误。如果由于其他原因读取用户BootLoader失败，则拷贝过程会因为需要特殊启动模式而立即暂停，然后只读BootLoader会从找到特殊启动模式的那一块继续查找相邻的块，以查找另一特殊启动模式。当找到下一特殊启动模式时，将重复这一过程。

利用这种机制，特殊启动模式和用户BootLoader可以被复制达多次，给予NOR读取错误以足够的冗余和错误恢复能力。

如果在搜索了24个块之后没有找到有效的用户BootLoader描述符，则只读BootLoader会转向去通过SD启动。

(6)将用户BootLoader读取到内部RAM之后，只读BootLoader将控制权交给用户BootLoader。

(7)用户BootLoader开始扫描NOR，以查找应用BootLoader描述符的特殊启动模式，如果找到了描述符，则用户BootLoader将主程序装载进DDR，并跳转到主程序的入口地址。用户BootLoader在NOR Flash块中查找应用BootLoader的描述符，如果找不到，则提示加载失败，流程中止。

应用BootLoader描述符提供了主应用程序的详细信息，该信息包括：主程序在NOR中存储的起始块地址，主程序拷贝至DDR的起始地址，主程序的入口地址，主程序的大小，主程序是否被压缩的标志。

步骤三，获得主程序入口，启动操作系统。

在上述步骤二中，如果找到应用BootLoader的描述符，则引导成功，建立操作系统内核，并下载到存储器，建立文件系统。

综上所述，本发明提出了基于ARM内核的嵌入式微处理器利用NOR闪存的系统引导加载操作系统的方法，提高了引导加载的稳定性和速度，适用于实时监控的应用。

显然，本领域的技术人员应该理解，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算系统来实现，它们可以集中在单个的计算系统上，或者分布在多个计算系统所组成的网络上，可选地，它们可以用计算系统可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储系统中由计算系统来执行。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (1)

1.一种操作系统的启动方法，用于在嵌入式系统中启动操作系统，其特征在于，包括：

步骤一，设置嵌入式微处理器的引导设置标志，选择启动模式；

步骤二，当选择NOR启动模式后，启动NOR FLASH；

步骤三，获得主程序入口，启动操作系统；

所述嵌入式微处理器的ARM根据所述引导设置标志，选择从异步外部存储器接口上的NOR或者从ARM的内部ROM启动，

所述引导设置标志包括如下设置：

(1)引导设置标志＝01时，为外部异步存储器接口启动方式，此时启动不包含ARM内部ROM，即不运行只读BootLoader；

(2)引导设置标志＝00时，只读BootLoader运行，NOR模式启动；

(3)引导设置标志＝10时，只读BootLoader运行，SD模式启动；

所述步骤二进一步包括：

步骤2.1执行只读BootLoader，初始化2KB的空间0x4000-0x7FFF作为堆栈，最后32bit闲置,用于写入找到的用户BootLoader的块号，禁止所有中断和中断请求；

步骤2.2从NOR器件中读出设备ID，然后从只读BootLoader的信息表中读取出页大小和块大小，该信息表是三星S3C2440嵌入式微处理器所支持的NOR设备的列表；然后，只读BootLoader在NOR的block 1中的page 0查找用户BootLoader的描述符；

步骤2.3如果没有根据特殊启动模式指示符找到有效的用户BootLoader描述符，继续查找下一个块block，所述特殊启动模式指示符是基于在一个块的第0页的前32bit读取检测到的信息，最后两位决定了NOR的启动模式；所述特殊启动模式包括：安全模式，DMA模式，高速缓存模式，快速启动模式；

步骤2.4当找到有效的用户BootLoader描述符后，所在块的号码被写在ARM内部RAM的最后32bit，该32bit可通过JTAG读取，如果在搜寻完所有块之后还没有找到有用的描述符，则尝试通过SD启动；

步骤2.5当有效的用户BootLoader描述符被找到之后，只读BootLoader处理用户BootLoader描述符，该用户BootLoader描述符给出了装载用户BootLoader和移交用户BootLoader控制权所需要的信息，并且提供了在用户BootLoader的拷贝期间是否应用DMA的信息；当满足启动条件时，只读BootLoader拷贝用户BootLoader到内部RAM，在系统中断向量表之后开始拷贝用户BootLoader，所述用户BootLoader描述符提供了用户装载程序的详细信息，包括特殊启动模式、用户BootLoader入口的绝对地址、以页为单位的用户BootLoader的大小、用户BootLoader起始块地址、用户BootLoader UBL的起始页地址；利用ECC校验来确定在将用户BootLoader读取到内部RAM时是否有错误发生，如果检测到错误，则用户BootLoader通过ECC校正算法来校正错误，如果读取用户BootLoader失败，则拷贝过程暂停，只读BootLoader从找到特殊启动模式的块中继续查找相邻的块，以查找另一特殊启动模式，直到成功读取用户BootLoader，如果在搜索了所有块之后没有找到有效的用户BootLoader描述符，则只读BootLoader通过SD启动；

步骤2.6将用户BootLoader读取到内部RAM之后，只读BootLoader将控制权交给用户BootLoader；

步骤2.7用户BootLoader开始扫描NOR，以查找应用BootLoader描述符的特殊启动模式，如果找到了描述符，则用户BootLoader将应用BootLoader装载进RAM，并跳转到应用BootLoader的入口地址；用户BootLoader在NOR闪存中查找应用BootLoader的描述符，如果找不到应用BootLoader的描述符，则提示加载失败，方法中止；所述应用BootLoader描述符提供了应用程序的详细信息，包括应用BootLoader在NOR中存储的起始块地址，应用BootLoader拷贝至DDR的起始地址，应用BootLoader的入口地址，应用BootLoader的大小，应用BootLoader是否被压缩的标志。