CN109547394A - 一种引导程序源码生成方法和业务板 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种引导程序源码生成方法和业务板，该方法包括：将TCP/IP协议栈的核心层移植到引导程序源码中；配置所述TCP/IP协议栈的使用场景；根据所述TCP/IP协议栈建立网络收发框架。通过上述引导程序源码生成方法，在业务板的引导程序中实现TCP/IP协议栈的支持，从而能够在引导程序阶段实现基于TCP/IP协议机制的通信。

Description

一种引导程序源码生成方法和业务板
技术领域
本发明涉及嵌入式系统领域，尤指一种引导程序源码生成方法和业务板。
背景技术
目前通信领域的设备越来越复杂，通常一个网络处理单元由一个称之主控单板(以下简称主控板)和众多业务单板(以下简称业务板)构成，主控板管理业务板、存放各单板运行程序、配置业务，具体业务处理主要集中在业务板上。
基于以上架构，主控板配置存储卡等介质，用于存放整个网元的操作系统文件和应用程序，业务单板无需专门配置存储卡或存储介质，这就要求业务板在引导程序阶段与主控板建立通讯，获取包含业务板运行的程序名称、IP(Internet Protocol，因特网协议)地址、FTP(File Transfer Protocol，文件传送协议)连接的用户名和密码等信息，然后使用这些信息建立FTP链接，获取操作系统文件、应用程序等，然后启动。目前主流引导程序U-Boot(Universal Boot Loader，遵循GPL条款的开放源码项目)功能非常强大，但对以太网协议支持比较简单，仅有限度支持TFTP(Trivial File Transfer Protocol，普通文件传送协议)、BOOTP(Bootstrap Protocol，自举协议)、DNS(Domain Name Service，域名服务)协议等，并没有支持TCP/IP(传输控制协议/互连网协议)等较复杂协议，因此，如果要在U-BOOT阶段实现基于TCP/IP协议通讯机制，就需要在U-BOOT中实现TCP/IP协议栈的支持，这成为引导程序开发人员急需解决的问题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了一种引导程序源码生成方法和业务板能够在业务板的引导程序中实现TCP/IP协议栈的支持。
为了解决上述技术问题，本发明提出了一种引导程序源码生成方法，所述方法包括：
将TCP/IP协议栈的核心层移植到引导程序源码中；
配置所述TCP/IP协议栈的使用场景；
根据所述TCP/IP协议栈建立网络收发框架。
优选地，所述TCP/IP协议栈为轻型IP协议LwIP。
优选地，所述将TCP/IP协议栈的核心层移植到引导程序源码中包括如下定义或指定的至少一种：
1-1、通过BYTE_ORDER接收对目标处理器的字节序的指定；所述指定包括指定为大端或指定为小端；
1-2、执行各种不同位宽的变量类型以及内存指针的宽度的定义；
1-3、执行与编译器相关的无对齐的结构定义的辅义符的定义。
优选地，所述配置所述TCP/IP协议栈的使用场景包括如下内容的至少一项：
设置应用场景为无操作系统场景；
设置分配给TCP/IP协议栈的内存，以及设置以太网包的缓存区的大小；
设置内存对齐字节；
对TCP协议窗口大小进行优化；
对TCP的最大段大小进行优化。
优选地，设置分配给TCP/IP协议栈的内存为8MB，以及设置以太网包的缓存区的大小为512个以太网包；
在目标处理器为32位处理器的情况下，设置内存对齐字节为4字节。
优选地，所述根据所述TCP/IP协议栈建立网络收发框架包括：
执行网口驱动层初始化；
执行协议层的初始化。
优选地，所述执行网口驱动层初始化包括：
确认当前使用的网口，
对于当前使用的网口，根据所述网口对应的具体芯片挂接网口驱动。
优选地，所述执行协议层的初始化包括：
对发送动作和接收动作这两个成员进行初始化。
为了解决上述技术问题，本发明还提出了一种业务板，所述业务板上固化有引导程序源码；所述引导程序源码是根据上述任一引导程序源码生成方法所生成的。
优选地，所述业务板的的启动过程包括：
初始化TCP/IP协议栈；
判断调用所述TCP/IP协议栈的次数是否小于预设的门限值；
在小于门限值的情况下，向主控板发送DHCP报文；
在收到所述DHCP报文对应的DHCP回复报文时，保存所述DHCP回复报文。
优选地，通过所述DHCP回复报文获取本业务板的ip地址、本业务板的版本名字、版本长度、以及用于Ftp建立链接的用户名和密码。
与现有技术相比，本发明提供的技术方案包括：将TCP/IP协议栈的核心层移植到引导程序源码中；配置所述TCP/IP协议栈的使用场景；根据所述TCP/IP协议栈建立网络收发框架。通过本发明的方案，在业务板的引导程序中实现TCP/IP协议栈的支持，从而在引导程序阶段实现基于TCP/IP协议机制的通信。
附图说明
下面对本发明实施例中的附图进行说明，实施例中的附图是用于对本发明的进一步理解，与说明书一起用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限制。
图1为本发明实施例提供的引导程序源码生成方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的U-Boot调用LwIP的示意图；
图3为本发明实施例提供的引导程序执行过程示意图。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合附图对本发明作进一步的描述，并不能用来限制本发明的保护范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的各种方式可以相互组合。
本发明实施例中，通过业务板的引导程序实现TCP/IP协议栈，使用TCP/IP协议栈建立和主控板的通讯，最后获取版本启动。
本发明实施例中的引导程序源码以U-boot源码为例进行说明。
参见图1，本发明提出了一种引导程序源码生成方法，所述方法包括：
步骤100、U-boot框架将TCP/IP协议栈的核心层移植到U-boot源码中；
步骤200、U-boot框架配置所述TCP/IP协议栈的使用场景；
步骤300、U-boot框架根据所述TCP/IP协议栈建立网络收发框架。
本发明实施例中，优选地，所述TCP/IP协议栈为轻型IP协议LwIP。
选择合适的TCP/IP协议栈可以较量的应用于主控板和业务板的场景下。TCP/IP协议栈实现很多，轻型IP协议LwIP(Light Weight IP)可以移植到操作系统上，也可移植到无操作系统的环境下，同时提供了非常灵活的配置功能，可以在实际的应用中根据需求以及嵌入式系统的资源情况进行各种功能配置，实现的各种协议，比如DHCP、SNMP等特性可以按照需求进行配置是否编译进入最终的实现代码中。LwIP的设计的针对应用场景主要为32位单片机，所维护和研发的通信设备的处理器为高性能的32位应用处理器，LwIP更适合在该种类型的处理器下工作。因此，本发明实施例中，选择LwIP作为TCP/IP协议栈的移植目标。
通过LwIP，既可以支持TCP/IP协议栈，同时，于执行时期也能以减少内存的使用，达到了支持小型的嵌入式系统、平台或实时操作系统的目标；根据上述特性，使用LwIP搭配U-BOOT能够提供一种性能较好的支持TCP/IP协议栈的引导程序。
对于步骤100中的移植LwIP，U-Boot没有运行操作系统，把LwIP移植到引导程序中，所以称之为无操作系统支持的移植。LwIP的可移植性较好，开发人员只需要向LwIP描述移植目标的架构、所使用的编译器信息、以太网数据包的发送和接收的办法、操作系统的一些同步和通信机制等即可完成移植工作。
本发明实施例中，步骤100中，所述将TCP/IP协议栈的核心层移植到U-boot源码中包括如下定义或指定的至少一种：
1-1、通过BYTE_ORDER接收对目标处理器的字节序的指定；所述指定包括指定为大端或指定为小端；
1-2、执行各种不同位宽的变量类型以及内存指针的宽度的定义；
1-3、执行与编译器相关的无对齐的结构定义的辅义符的定义。
其中，编译器以及处理器相关的定义文件是LwIP移植的核心头文件，将被所有的LwIP源代码所使用。U-Boot中并没有多个线程以及其衍生关于资源竞争，所以在这个阶段cc.h等头文件移植，这些文件会被LwIP所有源码使用，主要包含一些与编译器和移植的目标处理器相关的定义，在这些文件里，1-1中，是通过BYTE_ORDER指定目标处理器的字节序，是大端还是小端，这将影响到以太网部分的数据处理方式。1-2中，是定义各种不同位宽的变量类型以及内存指针的宽度。1-3中，定义与编译器相关的无对齐的结构定义的辅义符。在C编译器编译中，默认会根据当前目标处理器的位宽，自动在结构体中各变量中间或是结构体最后填充无意义的空白，从而使得各变量或整体的结构体与处理器的位宽对齐。LwIP的功能配置放置在lwipopts.h中，所有的功能配置项都一个默认值，但在实际应用需求与LwIP的默认工作方式不同时，在该文件中给出对应的配置以覆盖LwIP的默认行为即可。由于配置项定义非常细，使用者可以根据实际的应用需求对LwIP进行深度的定制，而并不需要对LwIP的源代码进行任何改动。
本发明实施例中，步骤200中，所述配置所述TCP/IP协议栈的使用场景包括如下内容的至少一项：
设置应用场景为无操作系统场景；
设置分配给TCP/IP协议栈的内存，以及设置以太网包的缓存区的大小；
设置内存对齐字节；
对TCP协议窗口大小进行优化；
对TCP的最大段大小进行优化。
其中，示例性的，设置分配给TCP/IP协议栈的内存为8MB，以及设置以太网包的缓存区的大小为512个以太网包；在目标处理器为32位处理器的情况下，设置内存对齐字节为4字节。
下面结合一个具体的示例对步骤200进行说明：移植的目标为U-Boot环境下，应用场景为无操作系统场景，需要定义NO_SYS，从而改变LwIP内部很多地方的实现机制。其次，由于目标协议经常需要缓存4MB左右的数据包，因此为LwIP分配了8MB内存以及512个以太网包的缓存区。再次，目标处理器为32位处理器，需要设置内存对齐为4字节对应。最后，LwIP默认的TCP协议窗口过小，经常造成调试工具认为发送超时进行重新发送，影响了整体的处理性能。这里对TCP的窗口大小以及TCP的最大段大小均进行优化。
本发明实施例中，步骤300中，所述根据所述TCP/IP协议栈建立网络收发框架包括：
执行网口驱动层初始化；
执行协议层的初始化。
其中，所述执行网口驱动层初始化包括：
确认当前使用的网口，
对于当前使用的网口，根据所述网口对应的具体芯片挂接网口驱动。
其中，所述执行协议层的初始化包括：
对发送动作和接收动作这两个成员进行初始化。例如，在LwIP协议中，netif的结构体描述一个硬件网络接口，其中有一个发送动作和接收动作，在LwIP初始时会对这个两个成员进行初始化。
其中，在实现以太网网络收发框时涉及如下因素：对于以太网数据包的收发，LwIP在netif/ethernetif.c给出了一个简单的以太网设备的驱动框架。与许多其他的TCP/IP实现一样，LwIP也是以分层的协议为参照来设计实现TCP/IP的。LwIP从逻辑上看分为四层：链路层、网络层、传输层和应用层。注意，虽然LwIP也采用了分层机制，但它没有在各层之间进行严格的划分，各层协议之间可以进行或多或少的交叉存取，即上层可以意识到下层协议所使用的缓存处理机制。
至此，使用LwIP的TCP/IP协议栈建立。
基于与上述实施例相同或相似的构思，本发明实施例还提供一种业务板，其特征在于，所述业务板上固化有U-boot源码；所述U-boot源码是根据上述任一U-boot源码生成方法所生成的。
本发明实施例中提供了一种在U-Boot上应用LwIP的方法。LwIP本身仅是一个TCP/IP协议栈，必须要依附于其他可在处理器上运行的代码，如操作系统、引导程序等，才能够真正地运行并发挥作用。在本文中，LwIP移植到无操作系统的U-Boot环境下，所以LwIP为U-BOOT的独立应用。
本发明实施例中，U-Boot以跳转表形式向独立应用提供一系列的函数调用接口，包括有控制台的输出、系统复位控制、系统时间获取、延时、环境变量读写、系统设备操作等，LwIP作为U-Boot一个独立应用。这样引导程序U-Boot通过调用独立应用使用LwIP。如图2所示，为引导程序U-Boot通过调用独立应用使用LwIP的示意图，其中，所述业务板在执行引导程序的启动过程包括：
初始化TCP/IP协议栈；
判断调用所述TCP/IP协议栈的次数是否小于预设的门限值；
在小于门限值的情况下，调用TCP/IP协议栈向主控板发送DHCP(动态主机控制协议)报文；
在收到所述DHCP报文对应的DHCP回复报文时，保存所述DHCP回复报文。
其中，在每次调用TCP/IP协议栈之后，将调用所述TCP/IP协议栈的次数加1，通过调用所述TCP/IP协议栈的次数的控制来限制对TCP/IP协议栈的调用，避免在控制板没有准备好数据收发的情况下，造成数据发送的拥塞或出错。
图3为引导程序执行过程，如图3所示，通过所述DHCP回复报文获取本业务板的ip地址、本业务板的版本名字、版本长度、以及用于Ftp建立链接的用户名和密码。
需要说明的是，以上所述的实施例仅是为了便于本领域的技术人员理解而已，并不用于限制本发明的保护范围，在不脱离本发明的发明构思的前提下，本领域技术人员对本发明所做出的任何显而易见的替换和改进等均在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种引导程序源码生成方法，其特征在于，所述方法包括：
将传输控制协议/互连网协议TCP/IP协议栈的核心层移植到引导程序源码中；
配置所述TCP/IP协议栈的使用场景；
根据所述TCP/IP协议栈建立网络收发框架。
2.根据权利要求1所述的引导程序源码生成方法，其特征在于，所述TCP/IP协议栈为轻型IP协议LwIP。
3.根据权利要求1所述的引导程序源码生成方法，其特征在于，所述将TCP/IP协议栈的核心层移植到引导程序源码中包括如下定义或指定的至少一种：
1-1、通过BYTE_ORDER接收对目标处理器的字节序的指定；所述指定包括指定为大端或指定为小端；
1-2、执行各种不同位宽的变量类型以及内存指针的宽度的定义；
1-3、执行与编译器相关的无对齐的结构定义的辅义符的定义。
4.根据权利要求1所述的引导程序源码生成方法，其特征在于，所述配置所述TCP/IP协议栈的使用场景包括如下内容的至少一项：
设置应用场景为无操作系统场景；
设置分配给TCP/IP协议栈的内存，以及设置以太网包的缓存区的大小；
设置内存对齐字节；
对TCP协议窗口大小进行优化；
对TCP的最大段大小进行优化。
5.根据权利要求4所述的引导程序源码生成方法，其特征在于，
设置分配给TCP/IP协议栈的内存为8MB，以及设置以太网包的缓存区的大小为512个以太网包；
在目标处理器为32位处理器的情况下，设置内存对齐字节为4字节。
6.根据权利要求1所述的引导程序源码生成方法，其特征在于，所述根据所述TCP/IP协议栈建立网络收发框架包括：
执行网口驱动层初始化；
执行协议层的初始化。
7.根据权利要求6所述的引导程序源码生成方法，其特征在于，所述执行网口驱动层初始化包括：
确认当前使用的网口，
对于当前使用的网口，根据所述网口对应的具体芯片挂接网口驱动。
8.根据权利要求6所述的引导程序源码生成方法，其特征在于，
所述执行协议层的初始化包括：
对发送动作和接收动作这两个成员进行初始化。
9.一种的业务板，其特征在于，所述业务板上固化有引导程序源码；所述引导程序源码是根据权利要求1-8中任一项所述的引导程序源码生成方法所生成的。
10.根据权利要求9所述的业务板，其特征在于，
所述业务板的的启动过程包括：
初始化TCP/IP协议栈；
判断调用所述TCP/IP协议栈的次数是否小于预设的门限值；
在小于门限值的情况下，向主控板发送动态主机控制协议DHCP报文；
在收到所述DHCP报文对应的DHCP回复报文时，保存所述DHCP回复报文。
11.根据权利要求10所述的业务板，其特征在于，
通过所述DHCP回复报文获取本业务板的ip地址、本业务板的版本名字、版本长度、以及用于Ftp建立链接的用户名和密码。
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