CN108614732B - 龙芯平台动态前景下的操作系统硬件设备快速映射方法 - Google Patents

龙芯平台动态前景下的操作系统硬件设备快速映射方法 Download PDF

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Abstract

一种龙芯平台动态前景下的操作系统硬件设备快速映射方法，包括如下步骤：S1：在操作系统内核中增加支持龙芯平台的内核硬件设备驱动；S2：在操作系统内核中增加内核硬件设备调度表；S3：设置硬件设备规则定义文件，开启硬件设备规则定义服务；S4：接收龙芯平台硬件设备变更事件：通过已经启动的硬件设备规则定义服务来操作用户层映射出来的硬件设备；S5：将最终结果反馈至用户层；S6：通过用户层接口向操作系统调用层发送命令，实现系统硬件设备的组织及调用。本发明不需要修改BIOS及固件，可以提供一种支持龙芯平台的操作系统级别的硬件设备快速映射方法，用户通过调用操作系统接口即可以直接配置硬件。

Description

龙芯平台动态前景下的操作系统硬件设备快速映射方法
技术领域
本发明涉及计算机技术领域，具体涉及一种应用于龙芯平台动态前景下的操作系统硬件设备快速映射方法。
背景技术
硬件设备映射作为操作系统底层的一个重要组成部分，直接影响到硬件与操作系统的使用效率以及应用软件对硬件的使用效果。在现有的可以运行在龙芯平台的操作系统上，目前还在使用硬件登记等较为陈旧的硬件设备映射方法。不能适应操作系统动态前景下的硬件设备实时变更，因而发明一种全新的快速高效的硬件设备映射方法是非常有必要的。
目前存在的技术中，存在一些对硬件设备映射的映射方案，但是都是在BIOS以及硬件层面的映射，没有涉及到操作系统层面。《一种在龙芯刀片服务器上实现Infiniband网络的方法》，公开号“CN102314361A”中提出了针对于网络设备的物理设备映射，没有侧重于操作系统上的调度方法；而《一种基于龙芯平台的高性能计算资源监控实现方法》，公开号“CN104468810A”其流程与原理之类似，只是侧重点不同而已。
上述实现方案中虽然都在龙芯平台上通过集成电路硬件实现了硬件设备的映射，但是在调度上都是需要通过BIOS、固件等硬件设备连接硬件物理设备的调度单元来进行，并没有一种操作系统级别的硬件设备映射接口。用户无法直接通过应用层修改硬件设备参数以及调度硬件设备。这无疑给希望直接操作硬件的应用软件开发商带来了一定的麻烦。
发明内容
为解决现有技术存在的不足，本发明提供了一种应用于龙芯平台的动态前景下的操作系统硬件设备快速映射方法，包括如下步骤：
S1：在操作系统内核中增加支持龙芯平台的内核硬件设备驱动；
S2：在操作系统内核中增加内核硬件设备调度表；
S3：设置硬件设备规则定义文件，开启硬件设备规则定义服务；
S4：接收龙芯平台硬件设备变更事件：通过已经启动的硬件设备规则定义服务来操作用户层映射出来的硬件设备；
S5：将最终结果反馈至用户层；
S6：通过用户层接口向系统调用层发送命令，实现操作系统硬件设备的组织及调用。
其中，所述步骤S1中，所增加的支持龙芯平台的内核硬件设备驱动包括：桥片驱动、网络设备驱动、总线控制器驱动、内存控制器驱动、存储控制器驱动、USB驱动或显卡驱动。
其中，所述步骤S1还包括：读取操作系统平台中分配给操作系统内核的内存偏移量，以决定在内存的何处开始放置操作系统内核；将要与操作系统平台适配的各部分内核硬件设备驱动程序预先放置于操作系统内核的驱动层；交叉编译操作系统内核。
其中，所述步骤S4还包括：在操作系统内核按照BIOS偏移量加载至内存空间之后，释放内存空间的内核硬件设备调度表，由内核硬件设备调度表统一调用硬件设备的相应操作。
其中，所述的硬件设备的相应操作包括硬件设备的增、删、变更或调用操作。
其中，所述步骤S2中，所增加的内核硬件设备调度表的运作流程为：
S21：判断所获取的硬件设备本身是否存在硬件设备请求，如存在，则优先处理硬件设备请求，并将事件处理结果反馈至用户层；如不存在，则判断用户层是否存在硬件设备请求；
S22：当硬件设备本身不存在硬件设备请求时；若用户层存在硬件设备请求，则更改内核硬件设备调度表的相关状态；若用户层不存在硬件设备请求，则重新判断硬件设备本身是否存在硬件设备请求。
其中，所述用户层的硬件设备请求包括硬件设备的添加、修改或变更的请求。
其中，所述步骤S3中，硬件设备规则定义服务的工作模式为：
S31：接收操作系统用户层及硬件设备层对硬件设备的操作请求；
S32：将硬件设备的操作请求反馈给内核硬件设备调度表进行调度；
S33：将调度结果输出。
本发明中，所谓的“动态前景”，是一种离散的、随机过程的、非线性的系统状态。在操作系统层面表现为：对硬件设备随机变更事件的过程统计模型。
本发明中，所谓的“硬件设备映射”，是操作系统领域的软硬件关联过程。它将传统硬件通过模拟、封装等，转换成可以被应用软件层可以操作的软件操作句柄。
本发明提供的龙芯平台动态前景下的操作系统硬件设备快速映射方法，突破了原先龙芯服务器、台式机等计算设备只能通过固件、BIOS以及硬件调度器才能调度硬件设备、配置设备参数的瓶颈。增加了操作系统级别的软件调度接口并提供用户层接口，可以方便操作系统用户层通过调用系统提供的硬件句柄更便捷地调度龙芯硬件。解决了的传统龙芯硬件必须通过刷新固件以及BIOS才能够重新设置的方法，使得硬件设备调度更加高速、高效。
附图说明
图1：本发明提供的映射方法的调用关系框架图；
图2：本发明提供的映射方法的内核硬件设备调度表的运作流程图；
图3：本发明提供的映射方法的硬件设备规则定义服务的工作模式图。
具体实施方式
为了对本发明的技术方案及有益效果有更进一步的了解，下面配合附图详细说明本发明的技术方案及其产生的有益效果。
图1为本发明提供的映射方法的调用关系框架图，如图1所示，本发明提供的龙芯平台动态前景下的操作系统硬件设备的快速映射方法，其在基于现有的操作系统内核和用户层上进行了硬件物理设备映射，映射后的虚拟物理设备通过服务的方式注册在规则配置文件中，通过规则文件协调用户层与物理设备进行交互，在现有技术的基础上，增加了硬件设备规则定义服务、内核硬件设备调度表以及内核硬件设备驱动三大模块。
本发明提供的龙芯平台动态前景下的操作系统硬件设备的快速映射方法，具体包括如下步骤：
S1：在操作系统内核中增加支持龙芯平台的内核硬件设备驱动；
S2：在操作系统内核中增加内核硬件设备调度表；
S3：设置硬件设备规则定义文件，开启硬件设备规则定义服务；
S4：接收龙芯平台硬件设备变更事件：通过已经启动的硬件设备规则定义服务来操作用户层映射出来的硬件设备；
S5：将最终结果反馈至用户层；
S6：通过用户层接口向系统调用层发送命令，实现操作系统硬件设备的组织及调用。
具体的，所述步骤S1中，所增加的支持龙芯平台的内核硬件设备驱动包括：桥片驱动、网络设备 驱动、总线控制器驱动、内存控制器驱动、存储控制器驱动、USB驱动或显卡驱动。
具体的，所述步骤S1还包括：读取操作系统平台中分配给操作系统内核的内存偏移量，以决定在内存的何处开始放置操作系统内核；将要与操作系统平台适配的各部分内核硬件设备驱动程序预先放置于操作系统内核的驱动层；交叉编译操作系统内核。
具体的，所述步骤S4还包括：在操作系统内核按照BIOS偏移量加载至内存空间之后，释放内存空间的内核硬件设备调度表，由内核硬件设备调度表统一调用硬件设备的相应操作。
具体的，所述的硬件设备的相应操作包括硬件设备的增、删、变更或调用操作。
如想实现动态前景下的操作系统硬件设备快速映射，其核心工作是要在操作系统的内核层面支持硬件设备的动态调度，这就需要为其额外增加内核曾的驱动支持以及硬件设备的内核调度表，图2为本发明提供的映射方法的内核硬件设备调度表的运作流程，如图2所示，本发明中，所述步骤S2中，在加载了增加内核硬件设备驱动以及内核硬件设备调度表后，所增加的内核硬件设备调度表的运作流程为：
S21：判断所获取的硬件设备本身是否存在硬件设备请求，如存在，则优先处理硬件设备请求，并将事件处理结果反馈至用户层；如不存在，则判断用户层是否存在硬件设备请求；
S22：当硬件设备本身不存在硬件设备请求时；若用户层存在硬件设备请求，则更改内核硬件设备调度表的相关状态；若用户层不存在硬件设备请求，则重新判断硬件设备本身是否存在硬件设备请求。
在硬件设备操作完成后，返回结束处理状态。
其中，所述用户层的硬件设备请求包括硬件设备的添加、修改或变更的请求。
如表1所示，内核硬件设备调度表是一个链表型结构，在内存中开辟一个可供用户层调用的底层列表结构，所有硬件设备的调度都在这个数据结构中完成。
表1：本发明某一实施例中的内核硬件设备调度表
硬件ID 硬件主类型 硬件辅助类型 ... 驱动位置 设备状态 读写状态 内存起始位置 设备事件 其它
02035 USB USB存储 … USB dev 就绪 就绪 0x8790…98 无 略
具体的，硬件设备规则定义文件是按硬件在操作系统中的作用总结出的调度配置模板文件，比如：USB设备的硬件设备规则定义文件如表2所示：
表2：本发明某一实施例的USB设备的硬件设备规则定义文件
硬件ID 硬件主类型 硬件辅助类型 ... 读/写 总线 用户 设备路径 其它
02035 USB USB存储 … 只读 USB2.0 All /dev/usb0 略
02036 USB USB存储 读写 USB2.0 All /dev/usb1 略
02037 USB USB网卡 / USB2.0 Root /dev/usbnet1 略
可以通过改变USB设备的硬件设备规则定义文件中与特定设备相关的属性项来控制硬件设备在操作系统上的行为。例如：对某些系统用户只读，对某些系统用户具有读写权限，并设置其的特定挂载点。
具体的，启动硬件设备规则定义服务是一种操作系统级别的服务，通过监听内核中反馈到用户层的硬件设备变更事件以及用户层对硬件设备规则定义文件的修改来控制、操作、配置、约束硬件行为。
图3为本发明提供的映射方法的硬件设备规则定义服务的工作模式图；硬件设备规则定义服务是将内核空间里已经创造出的硬件设备空间，在用户层向每个应用用户虚拟化为可以被用户操作的虚拟硬件句柄，它以操作系统服务的形式存在，它根据硬件设备规则定义文件向用户层反馈能够操作的硬件设备参数，并将用户修改的参数传递给硬件设备。
如图3所示，硬件设备规则定义服务的工作模式为：
S31：接收操作系统用户层及硬件设备层对硬件设备的操作请求；
S32：将硬件设备的操作请求反馈给内核硬件设备调度表进行调度；
S33：将调度结果输出。
本发明在具体实施时，可采用下述的一实施例：
（1）先读取龙芯平台BIOS中关于分配给内核的内存偏移量以决定在内存的何处开始放置操作系统内核。
（2）加载的操作系统内核经过交叉编译之前，要将与龙芯平台适配过的各部分驱动程序预先放置于操作系统内核的驱动层。驱动层包括下列基本设备驱动：桥片驱动、网络设备驱动、总线控制器驱动、内存控制器驱动或存储控制器驱动等。
（4）在操作系统内核加入硬件设备调度表。
（5）在操作系统用户层增加硬件设备规则定义文件以及与其相对应硬件设备规则定义服务。
（6）当操作系统内核按照BIOS偏移量由bootloader加载至内存空间以后，会释放操作系统内核空间的内核硬件设备调度表，由操作系统内核空间的内核硬件设备调度表统一调用硬件设备的增、删、变更或调用操作。
（7）用户通过操作系统用户层接口向操作系统内核的系统调用层发送指令，实现硬件设备的组织以及调用。
本发明提供的动态前景下的操作系统硬件设备的快速映射方法，特别适用于基于龙芯平台的刀片服务器、数字信号处理服务器以及高端嵌入式产品。
本发明所能实现的技术效果为：突破了原先龙芯服务器、台式机只能通过固件、BIOS以及硬件调度器才能调度硬件设备、配置设备参数的瓶颈。增加了操作系统级别的软件调度接口并提供用户层接口，可以方便操作系统用户层通过调用系统提供的硬件句柄更便捷的调度硬件。解决了的传统龙芯硬件必须通过刷新固件以及BIOS才能够重新设置的方法，使得硬件设备调度更加便捷、高效。
虽然本发明已利用上述较佳实施例进行说明，然其并非用以限定本发明的保护范围，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围之内，相对上述实施例进行各种变动与修改仍属本发明所保护的范围，因此本发明的保护范围以权利要求书所界定的为准。

Claims (8)

1.一种龙芯平台动态前景下的操作系统硬件设备快速映射方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：在操作系统内核中增加支持龙芯平台的内核硬件设备驱动；
S2：在操作系统内核中增加内核硬件设备调度表；
S3：设置硬件设备规则定义文件，开启硬件设备规则定义服务；
S4：接收龙芯平台硬件设备变更事件：通过已经启动的硬件设备规则定义服务来操作用户层映射出来的硬件设备；
S5：将最终结果反馈至用户层；
S6：通过用户层接口向系统调用层发送命令，实现操作系统硬件设备的组织及调用。
2.如权利要求1所述的龙芯平台动态前景下的操作系统硬件设备快速映射方法，其特征在于，所述步骤S1中，所增加的支持龙芯平台的内核硬件设备驱动包括：桥片驱动、网络设备驱动、总线控制器驱动、内存控制器驱动、存储控制器驱动、USB驱动或显卡驱动。
3.如权利要求1所述的龙芯平台动态前景下的操作系统硬件设备快速映射方法，其特征在于，所述步骤S1还包括：读取操作系统平台中分配给操作系统内核的内存偏移量，以决定在内存的何处开始放置操作系统内核；将要与操作系统平台适配的各部分内核硬件设备驱动程序预先放置于操作系统内核的驱动层；交叉编译操作系统内核。
4.如权利要求3所述的龙芯平台动态前景下的操作系统硬件设备快速映射方法，其特征在于，所述步骤S4还包括：在操作系统内核按照BIOS偏移量加载至内存空间之后，释放内存空间的内核硬件设备调度表，由内核硬件设备调度表统一调用硬件设备的相应操作。
5.如权利要求4所述的龙芯平台动态前景下的操作系统硬件设备快速映射方法，其特征在于：所述的硬件设备的相应操作包括硬件设备的增、删、变更或调用操作。
6.如权利要求1所述的龙芯平台动态前景下的操作系统硬件设备快速映射方法，其特征在于，所述步骤S2中，所增加的内核硬件设备调度表的运作流程为：
S21：判断所获取的硬件设备本身是否存在硬件设备请求，如存在，则优先处理硬件设备请求，并将事件处理结果反馈至用户层；如不存在，则判断用户层是否存在硬件设备请求；
S22：当硬件设备本身不存在硬件设备请求时；若用户层存在硬件设备请求，则更改内核硬件设备调度表的相关状态；若用户层不存在硬件设备请求，则重新判断硬件设备本身是否存在硬件设备请求。
7.如权利要求6所述的龙芯平台动态前景下的操作系统硬件设备快速映射方法，其特征在于：所述用户层的硬件设备请求包括硬件设备的添加、修改或变更的请求。
8.如权利要求1所述的龙芯平台动态前景下的操作系统硬件设备快速映射方法，其特征在于：所述步骤S3中，硬件设备规则定义服务的工作模式为：
S31：接收操作系统用户层及硬件设备层对硬件设备的操作请求；
S32：将硬件设备的操作请求反馈给内核硬件设备调度表进行调度；
S33：将调度结果输出。
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