CN106342292B - 无启动rom嵌入式单板计算机的启动装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于计算机应用技术，涉及一种无启动ROM嵌入式单板计算机的启动装置及方法。嵌入式单板计算机的启动程序空间使用RAM代替ROM。主控计算机通过底板总线(PCI、VME或其他总线以及用户自定义的局部总线)与嵌入式单板计算机相连。在嵌入式单板计算机上增加控制逻辑，使得主控计算机可以控制嵌入式单板计算机上的启动RAM访问信号受主控计算机控制或是受嵌入式单板计算机控制。具体工作过程为主控计算机将启动程序写入嵌入式单板计算机的启动RAM中，然后将控制权切换到嵌入式单板计算机并向嵌入式单板计算机发出复位信号，嵌入式单板计算机按启动RAM中的程序运行。

Description

无启动ROM嵌入式单板计算机的启动装置及方法

技术领域

本发明属于计算机应用技术，涉及一种无启动ROM嵌入式单板计算机的启动装置及方法。

背景技术

在工业控制、电信和军用控制系统中，经常会在一个机箱中通过底板总线将多个嵌入式单板计算机连接在一起组成复杂的控制系统。在这些系统中，软件设计的难度和工作量通常都大于硬件设计，而且随着硬件设计的趋同性，计算机系统中的软件更能体现开发者的竞争力。如何简化设计提高设计开发效率、提高系统保密性就是一个需要考虑的问题。

通常的嵌入式单板计算机都采用EPROM或FLASH ROM等易失存储设备来存储u-boot、boot rom或bios等程序来引导/启动系统工作。

有些还将嵌入式操作系统和应用程序也存储在ROM上。ROM中存储的是直接的程序和数据，竞争对手可以将其读出进行反设计或直接复制/仿制，不利于系统的保密。

在设计调试阶段，由于需要频繁修改程序，需要反复擦除/烧写EPROM，这项工作通常需要专用设备才能完成，而且EPROM的擦写寿命也有限。即便使用FLASH这种可在线编程的器件也需要编写复杂的擦除/烧写程序，而且第一次写FLASH时也需要专用设备。当ROM容量比较大时，擦除/烧写所需时间也比较长。

发明内容

本发明的目的是：提供一种在复杂系统中可以提高设计开发效率、增强系统保密性的无启动ROM嵌入式单板计算机的启动装置及方法。

本发明的技术方案是：启动程序空间为RAM，主控计算机通过底板总线与嵌入式单板计算机相连，主控计算机以控制逻辑控制嵌入式单板计算机；其中，控制逻辑中包括如下装置，

a)控制命令寄存器的装置，控制命令寄存器控制复位信号控制逻辑和启动RAM访问控制逻辑，根据控制命令寄存器的状态执行相应的操作；

b)启动RAM访问控制逻辑的装置，启动RAM访问控制逻辑根据控制命令寄存器的状态来确定启动RAM的数据线、地址线和读写、片选控制线是接受来自嵌入式单板计算机CPU3的信号控制还是接受来自主控计算机的信号控制；

c)复位信号控制逻辑的装置，复位信号控制逻辑用以实现对嵌入式单板计算机复位信号的控制。

操控无启动ROM嵌入式单板计算机的启动装置的方法是，

a)主控计算机写控制命令寄存器对应数据位，嵌入式单板计算机的启动RAM接受来自主控计算机的信号控制的步骤；

b)主控计算机向嵌入式单板计算机的启动RAM中写入启动程序的步骤；

c)主控计算机写控制命令寄存器对应数据位，启动RAM接受来自嵌入式单板计算机的信号的步骤；

d)主控计算机写控制命令寄存器对应数据位，复位信号控制逻辑向嵌入式单板计算机发出系统复位信号的步骤；

e)嵌入式单板计算机重新启动，执行已加载到启动RAM中的启动程序，引导嵌入式单板计算机系统进入工作状态的步骤。

本发明的优点是：嵌入式单板计算机的启动程序空间使用RAM代替ROM。主控计算机通过底板总线(PCI、VME或其他总线以及用户自定义的局部总线)与嵌入式单板计算机相连。在嵌入式单板计算机上增加控制逻辑，使得主控计算机可以控制嵌入式单板计算机上的启动RAM访问信号是受主控计算机控制还是受嵌入式单板计算机控制。

具体工作过程为主控计算机将启动程序写入嵌入式单板计算机的启动RAM中，然后将控制权切换到嵌入式单板计算机并向嵌入式单板计算机发出复位信号，嵌入式单板计算机按启动RAM中的程序运行。

使用RAM代替ROM，可以方便的加载软件，避免使用ROM所需的专用设备。应用在复杂的控制系统中，可实现动态加载软件，提高设计开发效率，嵌入式单板计算机上的程序可以加密后存储在控制计算机中，加载程序时再解密加载，增强系统保密性。

附图说明

图1是本发明原理示意图；

图2是本发明控制逻辑原理框图；

图3是本发明控制逻辑操控流程图。

具体实施方式

下面对本发明做进一步详细说明。

嵌入式单板计算机的硬件设计在通常的设计基础上作如下改动：

1)用启动RAM4代替EPROM或FLASH；

2)增加控制逻辑2。控制逻辑2中包括：

a)控制命令寄存器8——复位信号控制逻辑7和启动RAM访问控制逻辑9根据控制命令寄存器8的状态执行相应的操作；

b)启动RAM访问控制逻辑9——根据控制命令寄存器8的状态来确定启动RAM4的数据线、地址线和读写、片选等控制线是接受来自嵌入式单板计算机CPU3的信号控制还是接受来自主控计算机6的信号控制；

c)复位信号控制逻辑7——实现对嵌入式单板计算机复位信号的控制。除了一般单板计算机中的上电复位信号和手动复位信号外，增加接收控制计算机通过底板总线发出的复位命令然后向嵌入式单板计算机发出系统复位信号的功能。

主控计算机6通过底板总线可以访问嵌入式单板计算机上的某些资源并操作控制逻辑2，一个完整的程序加载和启动步骤为：

a)主控计算机6写控制逻辑2中的控制命令寄存器8对应数据位使得启动RAM4接受来自主控计算机6的信号的步骤10；

b)主控计算机6向嵌入式单板计算机的启动RAM4中写入启动程序的步骤11(例如可以启动Linux操作系统的u-boot，启动VxWorks操作系统的boot rom或者用户自己编写的监控程序等)；

c)主控计算机6写控制逻辑2中的控制命令寄存器8对应数据位使得启动RAM4接受来自嵌入式单板计算机CPU3的信号的步骤12；

d)主控计算机6写控制逻辑2中的控制命令寄存器8对应数据位使控制逻辑2中的复位信号控制逻辑7向嵌入式单板计算机发出系统复位信号的步骤13；

e)嵌入式单板计算机重新启动，执行已加载到启动RAM4中的启动程序引导嵌入式单板计算机系统进入工作状态的步骤14。

实施例

在下面的例子中假定系统底板总线使用PCI总线，系统原理如图1所示。主控计算机通过PCI总线读/写嵌入式单板计算机中的资源，嵌入式单板计算机的PCI接口将PCI总线的操作转换为局部总线操作，PCI接口可以使用商用接口芯片(如PLX公司的PCI 9052)也可以使用FPGA实现。控制逻辑结构如图2所示。

定义：

1)嵌入式单板计算机上的资源在主控计算机中的访问基地址为Base_Addr_Master；

2)控制逻辑中控制命令寄存器访问偏移地址为Ctrl_Offset；

3)启动RAM访问偏移地址为Boot_Offset；

4)主控计算机内存地址Boot_Program开始的位置存放了大小为1ength的启动程序；

5)控制命令寄存器数据位0(最低数据有效位)为总线选择信号，置“1”表示启动RAM访问信号接受来自主控计算机的信号控制，清“0”表示启动RAM访问信号接受来自嵌入式单板计算机的信号控制；

6)控制命令寄存器数据位1为远程复位，置“1”表示“系统复位”信号有效，嵌入式单板计算机系统复位。该信号延迟一定时间后自动清“0”，延迟时间的长短根据系统需要调整。

下面主控计算机执行的命令是类似C语言的伪代码，其中*(address)＝data表示向地址单元“address”中写入数据“data”，“for”语句的语法与C语言相同。系统工作流程如下：

1)主控计算机执行命令：

*(Base_Addr_Master+Ctrl_Offset)＝1；

此命令使图2中的“启动RAM访问信号”依据“PCI转局部总线”信号变化，即主控计算机可以读/写启动RAM；

2)主控计算机执行命令：

for(i＝0；i＜length；i++)

*(Base_Addr_Mastet+Boot_Offset+i)＝*(Boot_Program+i)；

此命令将主控计算机内存中存放的启动程序拷贝到启动RAM中

3)主控计算机执行命令：

*(Base_Addr_Master+Ctrl_Offset)＝0；

此命令使图2中的“启动RAM访问信号”依据“CPU局部总线”信号变化，即嵌入式单板计算机可以读/写启动RAM；

4)主控计算机执行命令：

*(Base_Addr_Master+Ctrl_Offset)＝2；

此命令使图2中的“系统复位信号”有效，嵌入式单板计算机进入复位状态，开始重新启动系统。由于此时启动RAM中已加载启动程序，系统重启后将按启动系统运行。

Claims (2)

1.一种无启动ROM嵌入式单板计算机的启动装置，其特征在于，启动程序空间为RAM，主控计算机通过底板总线与嵌入式单板计算机相连，主控计算机以控制逻辑控制嵌入式单板计算机；其中，控制逻辑中包括如下装置，

a)控制命令寄存器的装置，控制命令寄存器控制复位信号控制逻辑和启动RAM访问控制逻辑，根据控制命令寄存器的状态执行相应的操作；

b)启动RAM访问控制逻辑的装置，启动RAM访问控制逻辑根据控制命令寄存器的状态来确定启动RAM的数据线、地址线和读写、片选控制线是接受来自嵌入式单板计算机CPU3的信号控制还是接受来自主控计算机的信号控制；

c)复位信号控制逻辑的装置，复位信号控制逻辑用以实现对嵌入式单板计算机复位信号的控制。

2.一种操控权利要求1所述无启动ROM嵌入式单板计算机的启动装置的方法，其特征在于，

a)主控计算机写控制命令寄存器对应数据位，嵌入式单板计算机的启动RAM接受来自主控计算机的信号的步骤；

b)主控计算机向嵌入式单板计算机的启动RAM中写入启动程序的步骤；

c)主控计算机写控制命令寄存器对应数据位，启动RAM接受来自嵌入式单板计算机的信号的步骤；

d)主控计算机写控制命令寄存器对应数据位，复位信号控制逻辑向嵌入式单板计算机发出系统复位信号的步骤；

e)嵌入式单板计算机重新启动，执行已加载到启动RAM中的启动程序，引导嵌入式单板计算机系统进入工作状态的步骤。