CN109710320B - 一种两级驱动的启动引导BootLoader方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种两级驱动的启动引导BootLoader方法,随着嵌入式软件的发展，BootLoader程序开发和移植工作复杂度越来越高，调试、在线编程操作的不便严重影响了嵌入式软件的开发进度。本发明提出了一种两级驱动的通用BootLoader架构，采用两级驱动方法以及模块化设计的结构，一级驱动BootLoader程序包含软件引导启动最小功能集，实现简单，状态稳定；二级驱动BootLoader程序包含软件引导启动全部功能，实现启动各种参数和操作的灵活配置；模块化设计能够有效提高复用率，且可以灵活裁剪、扩展和移植，大大提高了嵌入式软件开发的效率和可靠性。同时在BootLoader程序执行固化功能时，增加正确性检测信息和操作，加强对程序数据的正确性检查，为嵌入式软件正确可靠运行提供更多保障。

Description

一种两级驱动的启动引导BootLoader方法

技术领域

本发明属于涉及航空系统软件启动技术领域，具体涉及一种两级驱动的启动引导BootLoader方法。

背景技术

BootLoader程序作为嵌入式软件的引导启动程序，实现了硬件设备与操作系统的连接，然而BootLoader程序开发和移植工作复杂度越来越高，调试、在线编程操作的不便严重影响了嵌入式软件的开发进度。传统的一级架构BootLoader程序将启动引导所有功能集中在一起，BootLoader程序移植和变更调试困难，工作量大，效率低，固化无检测信息，程序可靠性较低。

针对传统BootLoader程序存在问题，为减少开发和移植工作量，提高复用率和可靠性，本发明提出了一种两级驱动的通用BootLoader架构，采用两级驱动方法以及模块化设计的结构，有效减少开发移植过程中的适配工作，提高BootLoader程序开发固化的灵活性。同时对固化文件进行正确性检测处理，提高BootLoader程序运行可靠性。

发明内容

本发明提供一种两级驱动的启动引导BootLoader方法，提高程序调试升级灵活性以及代码复用率和运行可靠性。

第一发明，本发明提供一种两级驱动的启动引导BootLoader方法，所述方法包括：

对启动引导BootLoader程序中的功能进行模块划分，形成不同的功能模块；

一级驱动启动引导在地面状态采用在线编程模块固化程序，在空中状态引导二级驱动启动运行；

二级驱动在地面状态根据输入，调用对应的所述功能模块执行相应功能，在空中状态引导操作系统OS程序启动。

可选的，方法还包括：

通过固化数据检测信息，对固化程序进行正确性检测，所述固化程序包括：一级驱动程序、二级驱动程序、操作系统OS程序。

可选的，所述功能模块，至少包括：

资源初始化模块，在线编程模块，设备状态检查模块，硬件驱动模块，代码搬家模块，主控程序模块，菜单显示模块，系统参数设置模块，引导模块。

可选的，一级驱动被固化在FLASH中映射的软件起始地址处，用于固化和加载二级驱动BootLoader程序。

可选的，二级驱动BootLoader程序，包含启动引导全部功能模块，可根据系统需求完成各项引导功能设置。

可选的，所述一级驱动启动引导在地面状态采用在线编程模块固化程序，在空中状态引导二级驱动启动运行，具体包括：

所述资源初始化模块和所述代码搬家模块在FLASH中运行，所述在线编程模块和所述引导模块在RAM中运行。

可选的，所述二级驱动在地面状态根据输入，调用对应的所述功能模块执行相应功能，在空中状态引导操作系统OS程序启动，具体包括：

所述资源初始化和所述代码搬家模块在FLASH中运行，所述在线编程模块，设备状态检查模块，硬件驱动模块，代码搬家模块，主控程序模块，菜单显示模块，系统参数设置模块，引导模块在RAM中运行。

可选的，根据FLASH地址和数据长度检测FLASH空间是否满足预设空间；

若固化空间中有空间已经被其他数据占用，则提示报错并放弃固化；若固化空间可用，则执行在线编程功能。

可选的，所述通过固化数据检测信息，对固化程序进行正确性检测，所述固化程序包括：一级驱动程序、二级驱动程序、操作系统OS程序，具体包括：

在线编程功能模块中进行文件固化时，在FLASH的前16字节中记录固化数据的长度和校验值，从第17字节开始固化文件数据内容；

在启动引导相应固化程序时，可根据所述固化数据的长度计算固化程序校验值，将计算得到的校验值和之前记录的校验值进行比较，若两者一致，则运行固化程序，若两者不一致，报错并结束程序运行。

综上所述，本发明采用模块化功能设计和两级驱动启动引导设计，其中对BootLoader程序中各功能采用模块化设计，模块功能独立且裁剪或扩展方便。一级驱动启动引导功能少且固定，主要用于固化或加载二级驱动程序；二级驱动启动引导功能全面，用于完成启动引导各项功能。在BootLoader程序中固化处加入正确性检测信息和操作，用于加载程序的正确性检测，加强程序运行可靠性保障。可以看出，针对传统BootLoader程序在应用开发过程中存在的问题，对程序架构、功能划分和正确性检测三个方面进行了改进设计，进行功能模块划分，将传统的一级BootLoader结构改为两级BootLoader结构，并在固化时进行固化空间正确性检测，增加固化数据长度和校验信息。改进的BootLoader程序不但运行可靠性高，代码复用率高，且BootLoader程序功能变更更加便捷，功能裁剪和移植更简单方便，大大提高了程序的开发效率。

附图说明

图1为本发明提供的一种两级驱动的BootLoader架构示意图；

图2为本发明提供的一种一级驱动运行流程图；

图3为本发明提供的一种二级驱动运行流程图。

具体实施方式

通过具体示例，对本发明作进一步详细说明。

1、两级驱动功能模块划分

两级驱动方法是指将软件的引导启动功能分为两部分，软件从一级驱动启动运行，通过一级驱动再引导二级驱动，之后由二级驱动引导操作系统(OS)运行。根据BootLoader实现功能的需求，将其功能划分为以下功能模块：

a)、资源初始化模块：实现处理器内部寄存器和内存控制器的初始化，一般采用汇编语言实现。

b)、设备状态检查模块：检测外部离散量设置的设备状态，根据设备状态执行对应的处理程序；

c)、硬件驱动模块：对BootLoader程序运行过程中使用的硬件设备驱动进行初始化；

d)、代码搬家模块：将代码从FLASH空间拷贝到RAM空间；

e)、主控程序模块：控制BootLoader程序运行流程，并启动菜单显示；

f)、菜单显示模块：显示BootLoader程序主菜单，可选择菜单命令选择对应的功能执行；

g)、在线编程模块：接收主机端数据，并将其固化在FLASH指定地址处，在固化前对固化地址空间进行检测，保证足够固化空间，若空间不够，报错并停止固化。在固化地址的前16个字节中写入固化数据的长度和校验值，从第17个字节开始固化数据内容。一般可用于固化二级驱动内容或其他文件内容(如OS程序或应用程序)。

h)、系统参数设置模块：对系统引导以及整个系统软件中用到的各类参数进行设置，包括默认启动项、网络IP和MAC、应用等待时间、各启动项启动地址等；

i)、引导模块：引导其他程序运行，对引导程序数据进行检测、搬家以及跳转执行，若发生错误则报错并结束程序。

其中一级驱动固化在FLASH中映射的软件起始地址处，用于完成最小启动引导功能，包括资源初始化模块、在线编程模块、外部设备检测模块、搬家模块和引导模块；二级驱动依然是BootLoader程序，可根据系统需求完成各项引导功能设置，一般包括所有模块功能。其中在线编程模块和搬家模块被两级驱动程序共用。在两级驱动中均包含资源初始化模块和外部设备检测模块，但接口内容不同，两级驱动分别只初始化程序运行所需资源，一级驱动只检测外部空地状态，而二级驱动检测外部所有状态。模块化的设计使得一级驱动BootLoader程序功能小而简单，二级驱动BootLoader程序可灵活裁剪和移植。两级驱动的BootLoader程序架构图如图1所示。

2、两级驱动运行设计

BootLoader程序的两级驱动各自独立，分别固化在FLASH不同空间处。一级驱动BootLoader程序通过JTAG固化在FLASH空间映射的软件启动处，用于上电或复位后直接启动运行且首先在FLASH空间运行。FLASH空间运行速度较低，完成基本的资源初始化后，将其他代码搬至RAM中执行，通过外部开关状态，判断是进入固化功能模块还是启动二级驱动功能模块。在Ground状态下首先根据GET_CMD进行人机交互判断，若在给定时间内，输入有效字符，则进入固化功能模块，若超时未收到有效字符，进入二级驱动模块；在Air状态下直接进入启动二级驱动模块。完成相应功能后，一级驱动BootLoader程序结束。一级驱动BootLoader程序运行流程图如图2所示。

BootLoader程序的一级驱动跳转到二级驱动执行后，二级驱动首先也是在FLASH中先执行资源初始化，之后将其他代码搬至RAM中执行，二级驱动的代码会覆盖一级驱动在RAM中的代码并运行，首先通过外部开关状态，判断是进入功能模块菜单还是启动操作系统功能模块。在Ground状态下进入功能模块菜单，通过人工选择相应菜单项执行相应功能；在Air状态下直接引导启动OS程序，引导方法同一级驱动引导二级驱动的方法。二级驱动引导程序运行流程如图3所示。OS程序在搬家到RAM中后会覆盖二级驱动在RAM中的程序，在RAM中只驻留当前运行程序，不但可以提高RAM利用率，也能够避免其他程序异常运行造成的破坏。

一级驱动BootLoader程序固化后不再进行升级，二级驱动BootLoader程序可根据需求灵活裁剪和修改，可以通过一级驱动固化引导，开发效率和可靠性更高。

3、错误检测设计

传统的一级驱动的BootLoader程序在固化和加载时，直接将数据按照设置的FLASH起始地址固化，无固化空间检测，经常发生固化的两部分数据重合的情况，导致数据内容被破坏；在加载时也不进行数据正确性检测，发生程序运行错误。针对软件运行中的问题，本发明从以下两方面进行了错误检测设计：

a)、在在线编程功能模块中进行文件固化时，首先根据FLASH地址和数据长度检测FLASH空间是否足够，若固化空间中有空间已经被其他数据占用，则提示报错并放弃固化，否则执行在线编程功能；

b)、在在线编程功能模块中进行文件固化时，在FLASH的前16字节中记录固化数据的长度和校验值，从第17字节开始固化文件数据内容，这样，在加载时，可根据记录的信息检测固化的内容是否正确，若正确则运行，否则报错并结束程序运行。

通过增加少量的错误检测信息和错误检测，就能够有效避免程序运行时的数据错误导致的程序运行失败。

4、对比

与传统的一级驱动BootLoader程序相比，两级驱动架构的BootLoader程序运行可靠性更高，功能裁剪和移植也更为灵活，程序调试更为方便，有效缩短开发周期、提高程序运行可靠性，具体表现在以下几方面：

a)、传统的一级驱动BootLoader程序如需修改，需要采用JTAG重新固化，且若修改错误则软件无法启动，修改调试风险较大，操作复杂；两级驱动架构的BootLoader程序中，一级驱动功能简单固定，固化后一般不再升级，BootLoader程序的修改完善一般在二级驱动中进行，固化操作简单，即使修改错误也不影响软件启动，程序可靠性、灵活性更高；

b)、传统的一级驱动BootLoader程序中只能在一处执行固化功能，两级驱动架构的BootLoader程序有两处固化功能，可靠性和灵活性更高；

c)、传统的一级驱动BootLoader程序中固化功能直接进行FLASH擦除和编程，两级驱动架构的BootLoader程序固化时会加上错误检测信息以及FLASH检测，防止固化地址空间重叠，也为数据加载的正确性检测提供更多信息，可靠性更高。

d)、模块化设计使得BootLoader程序的移植和裁剪更加灵活方便，各模块功能相对独立，修改影响范围可控，代码复用率高，程序可靠性高，且开发周期有效缩短。

在某双机嵌入式软件中，采用本发明设计的两级驱动的BootLoader程序，并在二级驱动BootLoader程序中增加双机同步运行功能，大大提高了双机同步功能的调试效率，且能够正确完成程序引导，启动OS运行。

综上所述，本发明采用模块化功能设计和两级驱动启动引导设计，其中对BootLoader程序中各功能采用模块化设计，模块功能独立且裁剪或扩展方便。一级驱动启动引导功能少且固定，主要用于固化或加载二级驱动程序；二级驱动启动引导功能全面，用于完成启动引导各项功能。在BootLoader程序中固化处加入正确性检测信息和操作，用于加载程序的正确性检测，加强程序运行可靠性保障。可以看出，针对传统BootLoader程序在应用开发过程中存在的问题，对程序架构、功能划分和正确性检测三个方面进行了改进设计，进行功能模块划分，将传统的一级BootLoader结构改为两级BootLoader结构，并在固化时进行固化空间正确性检测，增加固化数据长度和校验信息。改进的BootLoader程序不但运行可靠性高，代码复用率高，且BootLoader程序功能变更更加便捷，功能裁剪和移植更简单方便，大大提高了程序的开发效率。

Claims (6)

1.一种两级驱动的启动引导BootLoader方法，其特征在于，所述方法包括：

对启动引导BootLoader程序中的功能进行模块划分，形成不同的功能模块；所述功能模块，至少包括：资源初始化模块，在线编程模块，设备状态检查模块，硬件驱动模块，代码搬家模块，主控程序模块，菜单显示模块，系统参数设置模块，引导模块；

一级驱动启动引导在地面状态采用在线编程模块固化程序，在空中状态引导二级驱动启动运行；具体包括：所述资源初始化模块和所述代码搬家模块在FLASH中运行，所述在线编程模块和所述引导模块在RAM中运行；在Ground状态下首先根据GET_CMD进行人机交互判断，若在给定时间内，输入有效字符，则进入固化功能模块，若超时未收到有效字符，进入二级驱动模块；在Air状态下直接进入启动二级驱动模块；完成相应功能后，一级驱动BootLoader程序结束；

二级驱动在地面状态根据输入，调用对应的所述功能模块执行相应功能，在空中状态引导操作系统OS程序启动；具体包括：所述资源初始化和所述代码搬家模块在FLASH中运行，所述在线编程模块，设备状态检查模块，硬件驱动模块，代码搬家模块，主控程序模块，菜单显示模块，系统参数设置模块，引导模块在RAM中运行；在Ground状态下进入功能模块菜单，通过人工选择相应菜单项执行相应功能；在Air状态下直接引导启动OS程序；

在线编程模块和搬家模块被两级驱动程序共用；在两级驱动中均包含资源初始化模块和外部设备检测模块，但接口内容不同，两级驱动分别只初始化程序运行所需资源，一级驱动只检测外部空地状态，而二级驱动检测外部所有状态。

2.权利要求1所述的两级驱动的启动引导BootLoader方法，其特征在于，方法还包括：

通过固化数据检测信息，对固化程序进行正确性检测，所述固化程序包括：一级驱动程序、二级驱动程序、操作系统OS程序。

3.权利要求1所述的两级驱动的启动引导BootLoader方法，其特征在于：

一级驱动被固化在FLASH中映射的软件起始地址处，用于固化和加载二级驱动BootLoader程序。

4.权利要求1所述的两级驱动的启动引导BootLoader方法，其特征在于：

二级驱动BootLoader程序，包含启动引导全部功能模块，可根据系统需求完成各项引导功能设置。

5.权利要求2所述的两级驱动的启动引导BootLoader方法，其特征在于：

根据FLASH地址和数据长度检测FLASH空间是否满足预设空间；

若固化空间中有空间已经被其他数据占用，则提示报错并放弃固化；若固化空间可用，则执行在线编程功能。

6.权利要求2所述的两级驱动的启动引导BootLoader方法，其特征在于：所述通过固化数据检测信息，对固化程序进行正确性检测，所述固化程序包括：一级驱动程序、二级驱动程序、操作系统OS程序，具体包括：

在线编程功能模块中进行文件固化时，在FLASH的前16字节中记录固化数据的长度和校验值，从第17字节开始固化文件数据内容；

在启动引导相应固化程序时，可根据所述固化数据的长度计算固化程序校验值，将计算得到的校验值和之前记录的校验值进行比较，若两者一致，则运行固化程序，若两者不一致，报错并结束程序运行。

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