CN109189485A - 一种嵌入式设备的系统启动管理、操作系统配置方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种嵌入式设备的系统启动管理、操作系统配置方法，涉及嵌入式设备领域，包括以下步骤：S1、设置仅包括基本控制端口和数据端口的基础系统，将其写入嵌入式设备的存储器，将存储器剩余空间规划为可读写分区；S2、设置应用操作系统及应用软件的加载方法；S3、将应用操作系统和应用软件一同发布至存储器剩余空间，并配置软件启动路径；S4、选择所述软件启动路径进行软件升级。本发明的嵌入式设备的系统启动管理、操作系统配置方法可在不增加设备成本的情况下，实现在升级过程中出现掉电等极端异常情况下的自动恢复正常运行。

Description

一种嵌入式设备的系统启动管理、操作系统配置方法

技术领域

本发明涉及嵌入式设备领域，具体涉及一种嵌入式设备的系统启动管理、操作系统配置方法。

背景技术

随着电信设备的容量不断增大，系统复杂度不断提升，其应用软件规模也趋于复杂化，由早期的传统嵌入式软件转向了使用通用操作系统的复杂软件，软件的规模急剧膨胀，设备存储空间、内存空间的需求已经从KB数量级扩张到GB数量级。虽然电信设备的维护通道带宽随着设备自身的演进在逐年增长、设备本地存储空间也在逐年增加，但是由于上述需求的指数型增长对于工程维护体验有消极影响，不利于运营维护活动的开展。

另外，由于引入了Linux操作系统作为软件运行平台，操作系统本身的缺陷在设备软件运行过程中会逐渐暴露，要保持操作系统的稳定运行，必须对操作系统独立更新。嵌入式设备的操作系统通常以镜像形式写入到存储器中，在传统的设计下，操作系统更新时若发生异常，如更新程序执行异常、掉电等问题导致镜像部分写入，会导致设备无法恢复。为解决此问题，通常的做法是引入双备份，对任何数据都使用双倍的存储空间，此方法虽然可行，但会增加设备的成本压力；同时，以镜像形式写入存储器需要较长时间，写入过程在系统后台进行难以监控，出现异常也难以处理。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种嵌入式设备的系统启动管理、操作系统配置方法，在不增加设备成本的情况下，可实现设备启动管理、操作系统配置过程中的监控管理，且在出现异常时便于恢复正常运行。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种嵌入式设备的系统启动管理方法，包括以下步骤：

S1、设置仅包括基本控制端口和数据端口的基础系统，将其写入嵌入式设备的存储器，将存储器剩余空间规划为可读写分区；

S2、设置应用操作系统及应用软件的加载方法；

S3、将应用操作系统和基于该操作系统的应用软件一同发布至存储器剩余空间，并允许配置一个或多个软件启动路径；

S4、选择所述软件启动路径启动应用操作系统及应用软件。

在上述技术方案的基础上，所述步骤S2包括：

S201、对u-boot增加文件系统支持，允许在boot阶段读取文件系统中的应用操作系统；

S202、在加载应用操作系统与应用软件之前进行完整性和可靠性检查，根据结果执行加载动作。

在上述技术方案的基础上，所述步骤S202中，所述根据结果执行加载动作包括：

通过应用启动加载程序脚本加载应用启动加载程序的环境变量；当应用操作系统完整性、可靠性检查不通过时，直接启动仅具备基本功能的基础系统；当应用操作系统完整性、可靠性检查通过时，应用启动加载程序载入应用操作系统启动，转入步骤S3。

在上述技术方案的基础上，步骤S2前，在应用分区启动配置目录设置与写入的每个应用操作系统文件和应用软件文件一一对应的校验值；所述步骤S202中，使用所述校验值校验应用操作系统完整性、可靠性；当应用操作系统完整性、可靠性检查不通过时，直接启动仅具备基本功能的基础系统，随后根据所述校验值执行升级或手工加载。

在上述技术方案的基础上，当所述步骤S202中应用操作系统完整性、可靠性检查不通过时，使用上一次成功启动的u-boot脚本配置环境变量，加载上一次正确启动的应用操作系统路径，并在后续启动过程中读取该路径进行加载。

在上述技术方案的基础上，所述设置仅包括基本控制端口和数据端口的基础系统包括：

写入默认的u-boot，所述u-boot包含基础启动加载程序，用于读取应用分区中文件；写入支持从基础操作系统中启动的环境变量；写入包括内核、根文件系统的默认操作系统；设置基础根文件系统，添加用于进行基础根文件系统与应用根文件系统之间的切换/回退操作的根文件系统切换脚本。

在上述技术方案的基础上，所述基础系统包括基础启动加载程序、配置参数分区、环境变量、基础启动加载程序脚本、基础设备树、基础内核镜像和基础根文件系统。

在上述技术方案的基础上，在步骤S1前，将系统存储分区划分为用于存放基础系统文件的基础系统分区和用于存放应用操作系统、应用软件和日志文件的应用分区；在步骤S1中，将基础系统写入基础系统分区。

在上述技术方案的基础上，所述步骤S1中，所述基础系统以镜像的形式保存在存储器的基础系统分区中。

本发明还提供一种嵌入式设备的操作系统配置方法，包括以下步骤：

a、启动设备，启动基础启动加载程序；

b、判断系统上次应用操作系统组件加载是否成功，如成功转入步骤c；如失败转入步骤e；

c、判断设备中是否存在应用操作系统，如存在直接加载应用操作系统组件，并转入步骤d；如不存在转入步骤e；

d、判断应用操作系统组件是否加载成功，如成功，系统正常工作；如失败，转至步骤a；

e、加载基础系统组件，系统正常工作。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)本发明的嵌入式设备系统启动管理方法，在不增加设备成本的情况下，提供包括操作系统、应用软件的可靠启动管理方法。

(2)基于本系统启动管理方法，提供了操作系统及应用软件可靠更新、回退的方法，在更新、回退应用操作系统及应用软件时，遇到诸如掉电这种极端异常情况，也能够迅速恢复。

(3)本发明的嵌入式设备系统启动管理方法较之传统方法，提高了本地存储空间的利用率，本地存储合并至一个分区，运行时有效空间相比传统的双倍镜像方式提高100％。

(4)本发明的嵌入式设备系统启动管理方法，提供了系统启动过程跟踪，在出现错误时能够形成有效记录，并能够配置自动启动进入到基础系统便于故障的诊断；

(5)本发明的嵌入式设备操作系统配置方法，在存在多份可启动的应用操作系统及配套软件时，若存在启动失败，能够配置自动回退到上一个版本，有更高的可靠性与可维护性。

附图说明

图1为本发明实施例中各应用场景的启动流程图；

图2为本发明实施例中系统存储规划示意图；

图3为本发明实施例中应用系统加载方法流程图。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1

参见图2-图3所示，本实施例提供一种嵌入式设备的系统启动管理方法，包括以下步骤：

S1、设置仅包括基本控制端口和数据端口的基础系统，将其写入嵌入式设备的存储器，写入后对应存储分区设置为只读，将存储器剩余空间规划为可读写分区；基础系统文件存储分布如图2(左)所示，在生产阶段一次写入无需升级，且基础系统文件仅需要具备最基本的功能，可以被裁剪的非常小，在一个优选的实施例中，其以镜像的形式保存在存储器的基础系统分区，也可选用独立的可靠性高容量小的存储介质(如nor flash等)存储。

S2、设置应用操作系统的加载方法；此步骤中，应用系统软件根据工程应用需求在基础系统软件的基础上扩展并具有完整的功能，所占空间较大，一般情况下，其主要以文件的形式存放在存储器(如sd/mmc卡等)的应用系统分区文件系统中；在实际应用时，也可将应用系统分区及应用分区与基础系统分区存储在同一存储介质上。应用系统文件存储分布如图2(右)所示，一个具体的应用操作系统的加载方法如图3所示。

S3、将应用操作系统和应用软件一同发布至存储器剩余空间，并配置一个或多个软件启动路径；本步骤中，多路径选择启动是在基础U-boot(应用启动加载程序)启动后根据需要选择对应的路径加载应用系统软件，如图2(中)应用系统分区布局，多用于调试阶段，也可在工程上保存可以回退的系统软件版本。通过设置环境变量配置需要加载的应用系统软件路径，启动过程中会读取该路径进行加载。

S4、选择所述软件启动路径启动应用操作系统及对应应用软件。

实施例2

本实施例提供一种嵌入式设备的系统启动管理方法，其与实施例1基本相同，其区别在于：

在步骤S1前，将系统存储分区按照如图2(中)所示规划，分为基础系统分区，应用系统分区，其中基础系统分区存放基础系统文件，应用系统分区存放应用系统软件，应用软件，日志文件等。

实施例3

本实施例提供一种嵌入式设备的系统启动管理方法，其与实施例1基本相同，其区别在于，所述步骤S2包括：

S201、对u-boot(应用启动加载程序)增加文件系统支持，允许在boot阶段读取文件系统中的应用操作系统；

S202、在加载应用操作系统与应用软件之前进行完整性和可靠性检查，根据结果执行加载动作。进一步的，所述步骤S202中，所述根据结果执行加载动作包括：当应用操作系统完整性、可靠性检查不通过时，直接启动仅具备基本功能的基础系统；在一个优选的实施例中，可使用上一次成功启动的u-boot脚本配置环境变量，加载的上一次正确启动的应用操作系统路径，并在后续启动过程中读取该路径进行加载；当应用操作系统完整性、可靠性检查通过时，应用启动加载程序载入应用操作系统启动，转入步骤S3。

如图3所示，一个具体的应用操作系统的加载流程包括：

应用系统分区各组件读入内存池；

进行完整性和可靠性检查；

加载应用启动加载程序(本专利文件中应用启动加载程序U-boot)，该过程中除了在功能上比基础启动加载程序更完善以外，考虑到启动位置的不同，cpu，内存的二次初始化，启动过程与后者也存在一定程度上的差异，也会做必要的修改；

应用U-boot脚本和应用设备树内核加载；应用U-boot脚本和应用设备树内核均首先从文件系统读入到内存，再执行加载和启动；

应用根文件系统的挂载与切换；应用根文件系统的镜像在文件系统中同样以文件的形式存在，因此应用内核加载后首先需要挂载基础根文件系统，再执行根文件系统切换脚本将应用根文件系统镜像文件加载至loop设备后再切换，此过程中根文件系统切换脚本主要做如下工作：1、挂载内存文件系统；2、挂载应用操作系统分区；3、加载设备驱动并挂载应用根文件，如果切换失败则回到基础根文件系统继续启动。

实施例4

本实施例提供一种嵌入式设备的系统启动管理方法，其与实施例3基本相同，其区别在于，步骤S2前，在应用分区启动配置目录设置与写入的每个应用操作系统文件和应用软件文件一一对应的校验值；所述步骤S202中，使用所述校验值校验应用操作系统完整性、可靠性；由于每一个应用系统软件在加载之前都需要进行校验以尽可能避免启动过程失败甚至挂死，若校验文件正确，极端情况下依然存在加载失败甚至导致挂死(此时采用硬件看门狗复位保证系统能重启)的可能，采用上述步骤后，在出现失败标志位时，可立即启动进入基础系统，随后根据此前记录的标志位内容执行升级或手工操作，保障了极端复杂情况下应用操作系统自动加载的流畅性和稳定性。

当应用操作系统完整性、可靠性检查不通过时，直接启动仅具备基本功能的基础系统，随后根据所述校验值执行升级或手工加载。

实施例5

本实施例提供一种嵌入式设备的系统启动管理方法，其与实施例1基本相同，其区别在于，步骤S1中设置用于从文件系统读取及校验文件的基础启动加载程序具体包括：

设置用于加载基础设备树和内核的基础启动加载程序脚本，在基础设备树中只保留基础硬件配置，在基础内核中保留网卡驱动和文件系统驱动；设置基础根文件系统，添加用于进行基础根文件系统与应用根文件系统之间的切换/回退操作的根文件系统切换脚本。

所述基础系统包括基础启动加载程序、配置参数分区、环境变量、基础启动加载程序脚本、基础设备树、基础内核镜像和基础根文件系统。

实施例6

参见图1所示，本发明实施例提供一种嵌入式设备的操作系统配置方法，包括以下步骤：

a、启动设备，启动基础启动加载程序；

b、判断系统上次应用操作系统组件加载是否成功，如成功转入步骤c；如失败转入步骤e；

c、判断设备中是否存在应用操作系统，如存在直接加载应用操作系统组件，并转入步骤d；如不存在转入步骤e；

d、判断应用操作系统组件是否加载成功，如成功，系统正常工作；如失败，转至步骤a；

e、加载基础系统组件，系统正常工作。

具体的，在实际嵌入式设备操作系统的配置过程中，根据各步骤配置结果和配置路径区别，存在以下不同场景：

场景一，a-b-c-e-结束，此过程中基础系统已按生产流程写入至嵌入式设备、应用分区按第一步分割可读可写但暂未写入应用操作系统和应用软件；此时的启动过程中，U-boot无法检测到应用分区中存在有效的应用操作系统，直接引导基础系统启动。

此场景对应生产环节，可以开展软件生产、升级相关活动。

场景二，a-b-c-d-结束，此过程中基础系统已按生产流程写入至嵌入式设备、应用分区内已按照场景一所述方法写入应用操作系统及应用软件；在此启动过程中，u-boot检测到应用分区中存在有效的应用操作系统，根据第三步给出的配置路径直接引导应用操作系统启动。

此场景对应于工程环节，可开展软件正常运行、软件升级相关活动。

场景三，a-b-c-d-a-b-e-结束，此场景中，应用操作系统文件被损坏(比如在应用操作系统升级过程中，由异常掉电等不可预知的因素导致升级失败且系统重启)导致应用系统无法正常启动。

此场景对应于工程软件异常环节，可开展软件升级和版本回退相关活动。在此场景下，提出了应用操作系统被破坏导致系统重启升级的过程，uboot校验系统文件确认被损坏，或者标志位指示上一次启动系统文件不能被正确加载时，直接启动基础系统，然后根据需要执行升级或其它手工操作。

本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种嵌入式设备的系统启动管理方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、设置仅包括基本控制端口和数据端口的基础系统，将其写入嵌入式设备的存储器，将存储器剩余空间规划为可读写分区；

S2、设置应用操作系统及应用软件的加载方法；

S3、将应用操作系统和基于该操作系统的应用软件一同发布至存储器剩余空间，并允许配置一个或多个软件启动路径；

S4、选择所述软件启动路径启动应用操作系统及应用软件。

2.如权利要求1所述的嵌入式设备的系统启动管理方法，其特征在于，所述步骤S2包括：

S201、对u-boot增加文件系统支持，允许在boot阶段读取文件系统中的应用操作系统；

S202、在加载应用操作系统与应用软件之前进行完整性和可靠性检查，根据结果执行加载动作。

3.如权利要求2所述的嵌入式设备的系统启动管理方法，其特征在于，所述步骤S202中，所述根据结果执行加载动作包括：

通过应用启动加载程序脚本加载应用启动加载程序的环境变量；

当应用操作系统完整性、可靠性检查不通过时，直接启动仅具备基本功能的基础系统；

当应用操作系统完整性、可靠性检查通过时，应用启动加载程序载入应用操作系统启动，转入步骤S3。

4.如权利要求3所述的嵌入式设备的系统启动管理方法，其特征在于：

步骤S2前，在应用分区启动配置目录设置与写入的每个应用操作系统文件和应用软件文件一一对应的校验值；

所述步骤S202中，使用所述校验值校验应用操作系统完整性、可靠性；

当应用操作系统完整性、可靠性检查不通过时，直接启动仅具备基本功能的基础系统，随后根据所述校验值执行升级或手工加载。

5.如权利要求2所述的嵌入式设备的系统启动管理方法，其特征在于：当所述步骤S202中应用操作系统完整性、可靠性检查不通过时，使用上一次成功启动的u-boot脚本配置环境变量，加载上一次正确启动的应用操作系统路径，并在后续启动过程中读取该路径进行加载。

6.如权利要求1所述的嵌入式设备的系统启动管理方法，其特征在于，所述设置仅包括基本控制端口和数据端口的基础系统包括：

写入默认的u-boot，所述u-boot包含基础启动加载程序，用于读取应用分区中文件；

写入支持从基础操作系统中启动的环境变量；

写入包括内核、根文件系统的默认操作系统；

设置基础根文件系统，添加用于进行基础根文件系统与应用根文件系统之间的切换/回退操作的根文件系统切换脚本。

7.如权利要求1所述的嵌入式设备的系统启动管理方法，其特征在于：所述基础系统包括基础启动加载程序、配置参数分区、环境变量、基础启动加载程序脚本、基础设备树、基础内核镜像和基础根文件系统。

8.如权利要求1所述的嵌入式设备的系统启动管理方法，其特征在于：在步骤S1前，将系统存储分区划分为用于存放基础系统文件的基础系统分区和用于存放应用操作系统、应用软件和日志文件的应用分区；在步骤S1中，将基础系统写入基础系统分区。

9.如权利要求1所述的嵌入式设备的系统启动管理方法，其特征在于：所述步骤S1中，所述基础系统以镜像的形式保存在存储器的基础系统分区中。

10.一种嵌入式设备的操作系统配置方法，其特征在于，包括以下步骤：

a、启动设备，启动基础启动加载程序；

b、判断系统上次应用操作系统组件加载是否成功，如成功转入步骤c；如失败转入步骤e；

c、判断设备中是否存在应用操作系统，如存在直接加载应用操作系统组件，并转入步骤d；如不存在转入步骤e；

d、判断应用操作系统组件是否加载成功，如成功，系统正常工作；如失败，转至步骤a；

e、加载基础系统组件，系统正常工作。