CN108958795B - 一种嵌入式系统中BootLoader代码重利用方法和开发板 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种嵌入式系统中BootLoader代码重利用方法，包括以下步骤：创建设备描述文件，在设备描述文件中描述开发板上的硬件；编译BootLoader代码并且将BootLoader代码移植到开发板上，BootLoader代码在移植过程中从设备描述文件中获取开发板的内存的映射地址和内存大小以将其自身重定位到开发板的内存；以及运行重定位后的BootLoader代码以根据设备描述文件操作硬件。本发明能够提高BootLoader代码的兼容性，使得BootLoader代码无需重新编译，就可以直接在不同的开发板上运行。
Description
技术领域
本发明涉及计算机技术领域，更具体地，特别是指一种嵌入式系统中BootLoader代码重利用方法和开发板。
背景技术
在嵌入式系统中，BootLoader是操作系统运行前执行的一段代码，目的是在操作系统运行前，执行硬件初始化操作，为操作系统运行准备好环境，最后将操作系统加载到内存执行。
传统的BootLoader中有两个弊端：
(1)代码对硬件资源的操作是通过直接操作硬件进行的，如果开发板上硬件资源发生变更，BootLoader将不能正常运行。
(2)代码的运行地址是在编译的时候就确定好了的，编译时通过TEXT_BASE指定，然后BootLoader启动后必须把自己的代码拷贝到TEXT_BASE指定的地址处开始执行，如果不拷贝到TEXT_BASE指定的地址执行，由于代码中访问的函数和变量的地址已经发生改变，就会出现不能正确调用函数及访问变量的问题，导致代码跑飞。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例的目的在于提出一种嵌入式系统中BootLoader代码重利用方法和开发板，能够提高BootLoader代码的兼容性，使得BootLoader代码无需重新编译，就可以直接在不同的开发板上运行。
基于上述目的，本发明实施例的一方面提供了一种嵌入式系统中BootLoader代码重利用方法，包括以下步骤：
创建设备描述文件，在设备描述文件中描述开发板上的硬件；
编译BootLoader代码并且将BootLoader代码移植到开发板上，BootLoader代码在移植过程中从设备描述文件中获取开发板的内存的映射地址和内存大小以将其自身重定位到开发板的内存；以及
运行重定位后的BootLoader代码以根据设备描述文件操作硬件。
在一些实施方式中，创建设备描述文件包括将设备描述文件存储到开发板的存储器中。
在一些实施方式中，编译BootLoader代码包括：为编译器指定编译选项-fpic或-fpie和在链接时为链接器指定链接选项-pie以生成rel.dyn段。
在一些实施方式中，重定位包括：将编译生成的BootLoader代码重定位到内存地址的顶端运行。
在一些实施方式中，rel.dyn段保存BootLoader代码重定位之前全局变量的地址和全局变量指针的地址。
在一些实施方式中，重定位进一步包括：通过将BootLoader代码重定位之前全局变量的地址和全局变量指针的地址加上重定位后偏移量，将rel.dyn段内的全局变量的地址和全局变量指针的地址修正为重定位之后的全局变量的地址和全局变量指针的地址。
在一些实施方式中，嵌入式系统为服务器板级监控嵌入式系统。
本发明实施例的另一方面，还提供了一种开发板，开发板包括存储器，存储器存储有设备描述文件和BootLoader代码，在设备描述文件中描述开发板上的硬件，BootLoader代码开始运行之后从设备描述文件中获取开发板的内存的映射地址和内存大小以将其自身重定位到开发板的内存，并且重定位后的BootLoader代码根据设备描述文件操作硬件。
在一些实施方式中，BootLoader代码在开发板上通过相对寻址方式调用函数。
在一些实施方式中，BootLoader代码包括rel.dyn段，rel.dyn段保存BootLoader代码重定位之前全局变量的地址和全局变量指针的地址。
本发明具有以下有益技术效果：本发明实施例提供的嵌入式系统中BootLoader代码重利用方法和开发板，通过创建设备描述文件，在设备描述文件中描述开发板上的硬件；编译BootLoader代码并且使BootLoader代码在移植到开发板的过程中从设备描述文件中获取开发板的内存的映射地址和内存大小以将其自身重定位到开发板的内存；以及运行重定位后的BootLoader代码以根据设备描述文件操作硬件的技术方案，能够提高BootLoader代码的兼容性，使得BootLoader代码无需重新编译，就可以直接在不同的开发板上运行。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为根据本发明一个实施例的嵌入式系统中BootLoader代码重利用方法的示意性流程图；
图2为利用相对寻址方式调用函数的示意图；
图3为全局变量rel.dyn段的示意图；
图4为根据本发明一个实施例的开发板的示意性框图；
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明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明实施例进一步详细说明。
基于上述目的，本发明实施例的第一个方面，提出了一种嵌入式系统中BootLoader代码重利用方法的一个实施例，可以使BootLoader代码自适应硬件开发板，使BootLoader代码不需经过重新编译便可以运行在不同硬件开发板上。
通常，在嵌入式系统中，BootLoader代码是直接对硬件进行控制的，因此当硬件资源发生变化后，必须重新修改BootLoader的源代码，使其与修改后的硬件资源相匹配才能正常运行，这导致了BootLoader代码的兼容性变差。为了解决这个问题，本发明引入了设备描述文件，在设备描述文件中描述开发板上的硬件资源(例如SRAM、网卡、I2C等)。BootLoader代码对硬件资源的控制是通过读取设备描述文件进行的，当硬件资源发生改变时，只需更改设备描述文件。BootLoader代码运行时，会自动读入设备描述文件，根据设备描述文件来操控硬件，这提高了BootLoader代码的灵活性。
图1示出的是该方法的示意性流程图。如图1中所示，该方法可以包括以下步骤：
步骤S101，创建设备描述文件，在设备描述文件中描述开发板上的硬件，例如，设备描述文件中可以包括内存的映射地址和内存大小、CPU、网卡、I2C接口等硬件的配置信息等，设备描述文件可以存储于开发板的存储器中，例如，固化到开发板的flash中；
步骤S102，编译BootLoader代码并且将BootLoader代码移植到开发板上，BootLoader代码在移植过程中从设备描述文件中获取开发板的内存的映射地址和内存大小以将其自身重定位到开发板的内存；以及
步骤S103，运行重定位后的BootLoader代码，自动读入设备描述文件以根据设备描述文件操作硬件。
在一个优选实施例中，可以将编译生成的BootLoader代码重定位到内存地址的顶端运行。编译后的BootLoader代码一般放在flash中，BootLoader代码需要重定位到内存运行。重定位时，BootLoader代码会读取设备描述文件里面的内容，获取内存的映射地址和大小，并将自身拷贝到内存地址的顶端运行。
然而，基于通常的理解，一个完整可运行的bin文件，link时指定的链接地址，load时的加载地址，运行时的运行地址，这3个地址应该是一致的。如果这三个地址不一致，就会出现下面三个问题：
(1)代码重定位后找不到调用函数的地址。
(2)代码重定位后找不到全局变量的地址。
(3)代码重定位后找不到全局指针变量存储的其他变量。
本发明中，为了将BootLoader代码自适应加载到内存顶端执行，就需要解决上面3个问题，下面将对本发明如何解决上述问题进行详细描述。
首先，通过编译时将调用函数方式编译成相对地址寻址方式，解决BootLoader代码重定位后不能正确调用函数的问题。如果不采用相对地址寻址方式编译，编译时函数的地址会确定为一个绝对地址。BootLoader代码重定位后，执行调用函数的指令时，BootLoader代码会运行到重定位前的绝对地址，因此导致BootLoader代码执行出错，因为BootLoader代码已经不再在原来的位置上。本发明通过编译时将函数调用方式编译成相对寻址方式，调用函数时不是通过绝对地址跳转，而是通过相对pc指针的偏移进行调用，这样就解决了BootLoader代码重定位后函数调用不正确的问题。例如，请参照图2，调用Function 1时是通过当前pc加上offset实现的。具体而言，本发明通过指定编译器编译选项-fpic或-fpie解决重定位后不能跳转到函数的问题。指定编译器选项-fpic或-fpie后，函数的地址不再编译成固定的绝对地址，对函数的调用会采用当前pc指针加偏移量的方式。这样BootLoader代码重定位后进行函数调用时就能访问函数重定位后的新地址。
其次，通过生成rel.dyn段解决BootLoader代码重定位后不能访问全局变量的问题。BootLoader代码在链接时，变量的地址会确定为一个绝对地址，绝对地址确定后不能更改。BootLoader代码重定位后，如果还继续访问变量原来的绝对地址，将不能得到变量正确的值，因为此时变量已经不再原来的位置上。本发明解决该问题的方法是编译时生成一个附加的rel.dyn段，rel.dyn段保存的地址是代码重定位前变量的地址，当BootLoader代码访问变量时，会先到rel.dyn段查找变量的地址，然后再通过变量地址对变量进行访问。这里，之所以添加了rel.dyn段以后就能找到变量重定位后的正确地址，是因为当我们在进行代码拷贝时，会将rel.dyn段内变量的地址修正为变量重定位后的地址，这样就可以访问到变量重定位后的正确地址。例如，请参照图3，这里要对Var1进行读取，首先到rel.dyn段找到Var1的地址，通过该地址即可访问到Var1。具体而言，本发明在链接时指定链接选项-pie给链接器，这样就会生成一个rel.dyn段，rel.dyn段保存的是变量的地址，当程序访问变量时，会到rel.dyn段查找变量的地址再通过变量的地址对变量进行访问。在重定位过程中，会将rel.dyn段内变量的地址修正为变量重定位后的地址，这通过将原来变量的地址加上重定位后偏移量来实现。这样就可以访问到变量重定位后的正确地址。
最后，通过生成rel.dyn段解决BootLoader代码重定位后不能访问全局变量指针的问题。全局变量指针本质上也是一个全局变量，解决全局变量指针在重定位后不能访问的方法跟全局变量相似，也是通过在链接时指定-pie选项生成rel.dyn段保存全局指针变量的地址，然后通过全局变量指针的地址访问全局变量指针。
至此，上面提出的3个问题便得以解决。
因此，在一个优选实施例中，在将BootLoader代码移植到开发板上之前，可以按照上述方法编译BootLoader代码，即，为编译器指定编译选项-fpic或-fpie，在链接时为链接器指定链接选项-pie以生成rel.dyn段。其中，rel.dyn段保存BootLoader代码重定位之前全局变量的地址和全局变量指针的地址。在重定位时，通过将BootLoader代码重定位之前全局变量的地址和全局变量指针的地址加上重定位后偏移量，将rel.dyn段内的全局变量的地址和全局变量指针的地址修正为重定位之后的全局变量的地址和全局变量指针的地址。
在一个优选实施例中，嵌入式系统可以为服务器板级监控嵌入式系统或者其他任何适当的嵌入式系统。
需要说明的是，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)或随机存取存储器(RandomAccess Memory，RAM)等。所述计算机程序的实施例，可以达到与之对应的前述任意方法实施例相同或者相类似的效果。
此外，根据本发明实施例公开的方法还可以被实现为由CPU执行的计算机程序，该计算机程序可以存储在计算机可读存储介质中。在该计算机程序被CPU执行时，执行本发明实施例公开的方法中限定的上述功能。
基于上述目的，本发明实施例的第二个方面，提出了一种开发板的一个实施例。该开发板包括存储器，存储器存储有设备描述文件和BootLoader代码，在设备描述文件中描述开发板上的硬件，例如，设备描述文件中可以包括内存的映射地址和内存大小、CPU、网卡、I2C接口等硬件的配置信息等，设备描述文件可以固化到开发板的flash中，BootLoader代码开始运行之后从设备描述文件中获取开发板的内存的映射地址和内存大小以将其自身重定位到开发板的内存，并且重定位后的BootLoader代码根据设备描述文件操作硬件。
图4为优选实施例中的该开发板的示意性框图，如图4中所示，该开发板可以包括处理器401以及连接到处理器401的FLASH 402、SDRAM 403、输入设备404、输出设备405、接口模块406以及电源模块407。该开发板还可以包括数据总线。处理器401可以为嵌入式微处理器，在系统加电之后，处理器401首先会按照上述方法的相关步骤执行BootLoader代码。FLASH 402和SDRAM 403共同构成了开发板的存储器用以存放和执行代码，FLASH 402可以存储有设备描述文件和BootLoader代码。显而易见地，本领域技术人员还可以利用其他类型的存储介质，例如，EPROM、PROM、SRAM、DRAM以及SDRAM等。接口模块406可以为通用设备接口，例如，I/O接口、以太网接口、USB接口等。
在一个优选实施例中，BootLoader代码在开发板上通过相对寻址方式调用函数。
在一个优选实施例中，BootLoader代码包括rel.dyn段，rel.dyn段保存BootLoader代码重定位之前全局变量的地址和全局变量指针的地址。
此外，典型地，本发明实施例公开所述的系统、设备等可为各种电子终端设备，例如手机、个人数字助理(PDA)、平板电脑(PAD)、智能电视等，也可以是大型终端设备，如服务器等，因此本发明实施例公开的保护范围不应限定为某种特定类型的系统、设备。
此外，上述方法步骤以及系统单元或模块也可以利用控制器以及用于存储使得控制器实现上述步骤或单元或模块功能的计算机程序的计算机可读存储介质实现。
此外，应该明白的是，本文所述的计算机可读存储介质(例如，存储器)可以是易失性存储器或非易失性存储器，或者可以包括易失性存储器和非易失性存储器两者。作为例子而非限制性的，非易失性存储器可以包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦写可编程ROM(EEPROM)或快闪存储器。易失性存储器可以包括随机存取存储器(RAM)，该RAM可以充当外部高速缓存存储器。作为例子而非限制性的，RAM可以以多种形式获得，比如同步RAM(DRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据速率SDRAM(DDR SDRAM)、增强SDRAM(ESDRAM)、同步链路DRAM(SLDRAM)以及直接Rambus RAM(DRRAM)。所公开的方面的存储设备意在包括但不限于这些和其它合适类型的存储器。
本领域技术人员还将明白的是，结合这里的公开所描述的各种示例性逻辑块、模块、电路和算法步骤可以被实现为电子硬件、计算机软件或两者的组合。为了清楚地说明硬件和软件的这种可互换性，已经就各种示意性组件、方块、模块、电路和步骤的功能对其进行了一般性的描述。这种功能是被实现为软件还是被实现为硬件取决于具体应用以及施加给整个系统的设计约束。本领域技术人员可以针对每种具体应用以各种方式来实现所述的功能，但是这种实现决定不应被解释为导致脱离本发明实施例公开的范围。
结合这里的公开所描述的各种示例性逻辑块、模块和电路可以利用被设计成用于执行这里所述功能的下列部件来实现或执行：通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑器件、分立门或晶体管逻辑、分立的硬件组件或者这些部件的任何组合。通用处理器可以是微处理器，但是可替换地，处理器可以是任何传统处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器也可以被实现为计算设备的组合，例如，DSP和微处理器的组合、多个微处理器、一个或多个微处理器结合DSP和/或任何其它这种配置。
结合这里的公开所描述的方法或算法的步骤可以直接包含在硬件中、由处理器执行的软件模块中或这两者的组合中。软件模块可以驻留在RAM存储器、快闪存储器、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动盘、CD-ROM、或本领域已知的任何其它形式的存储介质中。示例性的存储介质被耦合到处理器，使得处理器能够从该存储介质中读取信息或向该存储介质写入信息。在一个替换方案中，所述存储介质可以与处理器集成在一起。处理器和存储介质可以驻留在ASIC中。ASIC可以驻留在用户终端中。在一个替换方案中，处理器和存储介质可以作为分立组件驻留在用户终端中。
在一个或多个示例性设计中，所述功能可以在硬件、软件、固件或其任意组合中实现。如果在软件中实现，则可以将所述功能作为一个或多个指令或代码存储在计算机可读介质上或通过计算机可读介质来传送。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质，该通信介质包括有助于将计算机程序从一个位置传送到另一个位置的任何介质。存储介质可以是能够被通用或专用计算机访问的任何可用介质。作为例子而非限制性的，该计算机可读介质可以包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储设备、磁盘存储设备或其它磁性存储设备，或者是可以用于携带或存储形式为指令或数据结构的所需程序代码并且能够被通用或专用计算机或者通用或专用处理器访问的任何其它介质。此外，任何连接都可以适当地称为计算机可读介质。例如，如果使用同轴线缆、光纤线缆、双绞线、数字用户线路(DSL)或诸如红外线、无线电和微波的无线技术来从网站、服务器或其它远程源发送软件，则上述同轴线缆、光纤线缆、双绞线、DSL或诸如红外线、无线电和微波的无线技术均包括在介质的定义。如这里所使用的，磁盘和光盘包括压缩盘(CD)、激光盘、光盘、数字多功能盘(DVD)、软盘、蓝光盘，其中磁盘通常磁性地再现数据，而光盘利用激光光学地再现数据。上述内容的组合也应当包括在计算机可读介质的范围内。
以上是本发明公开的示例性实施例，上述本发明实施例公开的顺序仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。但是应当注意，以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明实施例公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子，在不背离权利要求限定的范围的前提下，可以进行多种改变和修改。根据这里描述的公开实施例的方法权利要求的功能、步骤和/或动作不需以任何特定顺序执行。此外，尽管本发明实施例公开的元素可以以个体形式描述或要求，但除非明确限制为单数，也可以理解为多个。
Claims (4)
1.一种嵌入式系统中BootLoader代码重利用方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
创建设备描述文件，在所述设备描述文件中描述开发板上的硬件；
编译BootLoader代码并且将所述BootLoader代码移植到所述开发板上，所述BootLoader代码在移植过程中从所述设备描述文件中获取所述开发板的内存的映射地址和内存大小以将其自身重定位到所述开发板的所述内存；
为编译器指定编译选项-fpic或-fpie和在链接时为链接器指定链接选项-pie以生成rel.dyn段；并且所述rel.dyn段保存所述BootLoader代码重定位之前全局变量的地址和全局变量指针的地址；并通过将所述BootLoader代码重定位之前全局变量的地址和全局变量指针的地址加上重定位后偏移量，将所述rel.dyn段内的全局变量的地址和全局变量指针的地址修正为重定位之后的全局变量的地址和全局变量指针的地址，以将编译生成的所述BootLoader代码重定位到内存地址的顶端运行；以及
运行重定位后的所述BootLoader代码以根据所述设备描述文件操作所述硬件。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，创建设备描述文件包括：
将所述设备描述文件存储到所述开发板的存储器中。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述嵌入式系统为服务器板级监控嵌入式系统。
4.一种开发板，其特征在于，所述开发板包括存储器，所述存储器存储有设备描述文件和BootLoader代码，在所述设备描述文件中描述所述开发板上的硬件，所述BootLoader代码开始运行之后从所述设备描述文件中获取所述开发板的内存的映射地址和内存大小以将其自身重定位到所述开发板的所述内存，并且重定位后的所述BootLoader代码根据所述设备描述文件操作所述硬件，其中所述BootLoader代码按照以下方式编译，即为编译器指定编译选项-fpic或-fpie和在链接时为链接器指定链接选项-pie以生成rel.dyn段；并且所述rel.dyn段保存所述BootLoader代码重定位之前全局变量的地址和全局变量指针的地址；并通过将所述BootLoader代码重定位之前全局变量的地址和全局变量指针的地址加上重定位后偏移量，将所述rel.dyn段内的全局变量的地址和全局变量指针的地址修正为重定位之后的全局变量的地址和全局变量指针的地址，以将编译生成的所述BootLoader代码重定位到内存地址的顶端运行。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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