CN110502281A - 一种嵌入式设备启动Linux内核和文件系统的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种嵌入式设备启动Linux内核和文件系统的方法，包括启动boot loader程序；从Nand Flash固定区域读取镜像文件至随机存取存储器中，基于ECC算法校验读取至随机存取存储器中的镜像文件的正确性；若校验文件正确，则依次启动Linux内核与文件系统；若校验文件出错，则擦除检测出错文件所在的Nand Flash区域，并将远端存储的Linux内核镜像文件或文件系统镜像文件加载至嵌入式设备随机存取存储器之中；获取远端存储加载的文件，写入指定Nand Flash存储分区；依次启动读取到的文件。实现使用本地和远程两种模式加载启动Linux内核镜像和文件系统，在本地NandFlash存储的文件损坏时，可自动远程加载相应文件，提高了系统启动的稳定性，减少了本地存储资源的消耗。

Description

一种嵌入式设备启动Linux内核和文件系统的方法
技术领域
本发明涉及嵌入式系统技术领域，尤其涉及一种嵌入式设备启动Linux内核和文件系统的方法。
背景技术
随着嵌入式系统的广泛普及，Linux系统由于其源代码开放、易于裁剪、支持多种架构等优势成为主流的运行于嵌入式设备上的一种系统。Nand Flash存储器具有容量较大，改写速度快等优点，适用于大量数据的存储，因而在业界得到了越来越广泛的应用。目前，大部分嵌入式设备都将Linux内核镜像文件和文件系统镜像文件存储在Nand Flash中，但由于Nand Flash本身硬件的内在特性，会导致偶尔出现位反转的现象。出现位反转现象会导致存储的Linux内核镜像文件和文件系统文件损坏，最终会导致Linux系统启动失败。
现有的启动方法是将内核和文件系统分别备份并存储于本地存储介质的其他区域，在启动内核与文件系统出错的时候选择从其他存储区域加载备份文件并启动。这种方法虽然增加了Linux系统启动的稳定性，但存储备份文件就需要选择更大容量的存储芯片，造成了嵌入式设备成本的增加。
发明内容
本发明的目的在于提供一种嵌入式设备启动Linux内核和文件系统的方法，使用本地和远程两种模式加载启动Linux内核镜像和文件系统，在本地Nand Flash存储的文件损坏时，可自动远程加载相应文件，提高了系统启动的稳定性，减少了本地存储资源的消耗。
第一方面，本发明实施例提供了一种嵌入式设备启动Linux内核和文件系统的方法，包括：在检测到嵌入式设备上电后，读取Flash存储介质固定区域中的boot loader程序，并启动boot loader程序；
从Nand Flash固定区域读取镜像文件至随机存取存储器中，所述镜像文件包括Linux内核镜像文件和/或文件系统镜像文件；
基于ECC算法校验读取至所述随机存取存储器中的镜像文件的正确性；
其中，若校验读取至所述随机存取存储器中的所述Linux内核镜像文件和所述文件系统镜像文件正确，则依次启动读取到的所述Linux内核镜像文件和所述文件系统镜像文件；
若校验读取至所述随机存取存储器中的所述Linux内核镜像文件或所述文件系统镜像文件出错，则擦除检测出错文件所在的存储区域，并基于boot loader程序建立和远端服务器的通信信道环境，将远端存储的所述Linux内核镜像文件或所述文件系统镜像文件加载至所述嵌入式设备随机存取存储器之中；
获取远端存储加载的所述Linux内核镜像文件或所述文件系统镜像文件，写入指定Nand Flash存储分区；
在检测到所述嵌入式设备通过复位系统上电重启后，就依次启动读取到的所述Linux内核镜像文件和所述文件系统镜像文件。
在一实施方式中，所述基于ECC算法校验读取至所述随机存取存储器中的镜像文件的正确性，包括：
在向Nand Flash中写入数据时，根据ECC算法计算出第一校验值，并将所述第一校验值存储至Nand Flash的空闲区域；从Nand Flash中读出数据之后，根据ECC算法计算读出数据的第二校验值，并将第一校验值与第二校验值进行比较。
在一实施方式中，所述将第一校验值与第二校验值进行比较，包括：
若所述第一校验值大于所述第二校验值或所述第一校验值小于第二校验值，则校验读取至所述随机存取存储器中的所述Linux内核镜像文件或所述文件系统镜像文件出错；
若所述第一校验值等于所述第二校验值，则校验读取至所述随机存取存储器中的所述Linux内核镜像文件或所述文件系统镜像文件正确。
在一实施方式中，所述在检测到所述嵌入式设备通过复位系统上电重启后，就依次启动读取到的所述Linux内核镜像文件和所述文件系统镜像文件，包括：
从指定Nand Flash分区加载所述Linux内核镜像文件或所述文件系统镜像文件，检测所述Linux内核镜像或所述文件系统镜像的正确性，若检测正确，则依次启动读取到的所述Linux内核镜像文件和所述文件系统镜像文件；若检测不正确，则重新从远端存储的所述Linux内核镜像文件或所述文件系统镜像文件加载至所述嵌入式设备随机存取存储器之中。
第二方面，本发明实施例提供了一种服务器，包括用于执行上述第一方面任一项的所述嵌入式设备启动Linux内核和文件系统的方法的模块。
本发明的嵌入式设备启动Linux内核和文件系统的方法，通过从Nand Flash固定区域读取镜像文件至随机存取存储器中，基于ECC算法校验读取至所述随机存取存储器中的镜像文件的正确性，若校验正确，则依次启动读取到的所述Linux内核镜像文件和所述文件系统镜像文件；若校验不正确，则从远端加载存储的所述Linux内核镜像文件或所述文件系统镜像文件加载至所述嵌入式设备随机存取存储器之中，上电重启后依次启动读取到的所述Linux内核镜像文件和所述文件系统镜像文件。实现使用本地和远程两种模式加载启动Linux内核镜像和文件系统，在本地Nand Flash存储的文件损坏时，可自动远程加载相应文件，提高了系统启动的稳定性，无需使用大量的存储芯片，减少了本地存储资源的消耗。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1是本发明嵌入式设备启动Linux内核和文件系统的方法的流程示意图；
图2是本发明基于ECC算法校验读取至所述随机存取存储器中的镜像文件的正确性的具体流程示意图；
图3是本发明服务器的结构示意图；
图中：10-读取模块、20-校验模块、30-加载模块、40-烧录模块、50-启动模块。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
请参阅图1，图1是本发明实施例提供的嵌入式设备启动Linux内核和文件系统的方法的流程示意图。具体的，如图1所示，所述嵌入式设备启动Linux内核和文件系统的方法可以包括以下步骤：
S101、在检测到嵌入式设备上电后，读取Flash存储介质固定区域中的bootloader程序，并启动boot loader程序。
本发明实施例中，嵌入式设备主要由嵌入式处理器、相关支撑硬件和嵌入式软件系统组成，它是集软硬件于一体的可独立工作的“器件”。嵌入式处理器主要由一个单片机或微控制器(MCU)组成。相关支撑硬件包括显示卡、存储介质、通讯设备、IC卡或信用卡的读取设备等。Flash是属于内存器件的一种，是一种非易失性内存，在没有电流供应的条件下也能够长久地保持数据，其存储特性相当于硬盘。BootLoader是在操作系统内核运行之前运行。可以初始化硬件设备、建立内存空间映射图，从而将系统的软硬件环境带到一个合适状态，以便为最终调用操作系统内核准备好正确的环境。在嵌入式系统中，通常并没有像BIOS那样的固件程序(注，有的嵌入式CPU也会内嵌一段短小的启动程序)，因此整个系统的加载启动任务就完全由BootLoader来完成。嵌入式设备上电，CPU读取Flash存储介质固定区域中的boot loader程序，Bootloader是嵌入式系统在加电后执行的第一段代码，在它完成CPU和相关硬件的初始化之后，再将操作系统映像或固化的嵌入式应用程序装在到内存中然后跳转到操作系统所在的空间，启动操作系统运行，芯片运用量少，且操作环境稳定。
S102、从Nand Flash固定区域读取镜像文件至随机存取存储器中。
本发明实施例中，所述Nand Flash是Flash的一种，其内部采用非线性宏单元模式，为固态大容量内存的实现提供了廉价有效的解决方案。Nand Flash具有容量较大，改写速度快等优点，适用于大量数据的存储的特点。所述镜像文件包括Linux内核镜像文件和/或文件系统镜像文件；所述镜像文件其实和rar ZIP压缩包类似，它将特定的一系列文件按照一定的格式制作成单一的文件，以方便用户下载和使用，例如一个操作系统、游戏等。它最重要的特点是可以被特定的软件识别并可直接刻录到光盘上。其实通常意义上的镜像文件可以再扩展一下，在镜像文件中可以包含更多的信息。比如说系统文件、引导文件、分区表信息等，这样镜像文件就可以包含一个分区甚至是一块硬盘的所有信息。而通常意义上的刻录软件都可以直接将支持的镜像文件所包含的内容刻录到光盘上。其实，镜像文件就是光盘的“提取物”。所述镜像文件是无法直接使用的，需要利用一些虚拟光驱工具进行解压后才能使用。虚拟光驱的原理跟物理光驱一样，比如说你买了一张游戏碟，那么把游戏碟加入物理光驱你就能顺利进行游戏，而虚拟光驱中需要加入的是镜像文件(iso文件，相当于游戏光盘)，当你装载完虚拟光驱以后，你的电脑里面多了一个光驱，那就是虚拟光驱。在桌面上双击虚拟光驱的快捷方式，发现桌面的右下角多了一个图标，通过右击图标可以进行操作，接着载入镜像文件，以便完成游戏的安装，如果安装完以后那么就可以再载入它要求的镜像进入游戏。所述Linux内核镜像文件是Linux内核在PC上以文件的形式存在，最终是要烧录到目标板的flash中。所述Linux内核镜像文件有两种：一种是非压缩版本，叫Image；另一种是它的压缩版本，叫zImage，zImage是Image经过压缩形成的。为了能使用zImage这个压缩版本，必须在它的开头加上解压缩的代码，将zImage解压缩之后才能执行。随机存取存储器(英语：Random Access Memory，缩写：RAM)，也叫主存，是与CPU直接交换数据的内部存储器。它可以随时读写(刷新时除外)，而且速度很快，通常作为操作系统或其他正在运行中的程序的临时数据存储介质。RAM工作时可以随时从任何一个指定的地址写入(存入)或读出(取出)信息。只需运用存储数据量大的Nand Flash和处理速度快的随机存取存储器，减少了芯片量的使用，又保证了系统操作的稳定性。
S103、基于ECC算法校验读取至所述随机存取存储器中的镜像文件的正确性。
本发明实施例中，ECC的全称是Error Checking and Correction，是一种用于Nand Flash的差错检测和修正算法。一个Nand Flash由很多个块(block)组成；每个块由很多页(page)组成；每一个页，分为数据区(data area)和空闲区域(spare area)。数据区存储数据，空闲区存储校验值等信息。在向Nand Flash中写入数据时，根据ECC算法计算出一个校验值，将该校验值存储在Nand Flash的spare area区域。从Nand Flash中读出数据之后，根据ECC算法计算读出数据的校验值，然后用该校验值与从spare area读出的校验值进行比较，如果两次校验值不相等，则说明读出的数据有问题。请参阅图2，具体流程为S201：在向Nand Flash中写入数据时，根据ECC算法计算出第一校验值，并将所述第一校验值存储至Nand Flash的空闲区域；S202：从Nand Flash中读出数据之后，根据ECC算法计算读出数据的第二校验值；S203：将第一校验值与第二校验值进行比较。若所述第一校验值大于所述第二校验值或所述第一校验值小于第二校验值，则校验读取至所述随机存取存储器中的所述Linux内核镜像文件或所述文件系统镜像文件出错，则擦除检测出错文件所在的存储区域，并基于boot loader程序远程加载建立和远端服务器的通信信道环境，将远端存储的所述Linux内核镜像文件或所述文件系统镜像文件加载至所述嵌入式设备随机存取存储器之中，获取远端存储加载的所述Linux内核镜像文件或所述文件系统镜像文件，写入指定NandFlash存储分区；其中远端加载与远端服务器之间可使用以太网、串口、GPRS等其他链接方式建立通信环境。在检测到所述嵌入式设备通过复位系统上电重启后，从指定Nand Flash分区加载所述Linux内核镜像文件或所述文件系统镜像文件，检测所述Linux内核镜像或所述文件系统镜像的正确性，若检测正确，则依次启动读取到的所述Linux内核镜像文件和所述文件系统镜像文件；若检测不正确，则重新从远端存储的所述Linux内核镜像文件或所述文件系统镜像文件加载至所述嵌入式设备随机存取存储器之中。其中检测方式运用ECC算法检测。
若所述第一校验值等于所述第二校验值，则校验读取至所述随机存取存储器中的所述Linux内核镜像文件或所述文件系统镜像文件正确。
本发明的嵌入式设备启动Linux内核和文件系统的方法，通过从Nand Flash固定区域读取镜像文件至随机存取存储器中，基于ECC算法校验读取至所述随机存取存储器中的镜像文件的正确性，若校验正确，则依次启动读取到的所述Linux内核镜像文件和所述文件系统镜像文件；若校验不正确，则从远端存储的所述Linux内核镜像文件或所述文件系统镜像文件加载至所述嵌入式设备随机存取存储器之中，上电重启后依次启动读取到的所述Linux内核镜像文件和所述文件系统镜像文件。实现使用本地和远程两种模式加载启动Linux内核镜像和文件系统，在本地Nand Flash存储的文件损坏时，可自动远程加载相应文件，提高了系统启动的稳定性，无需使用大量的存储芯片，减少了本地存储资源的消耗。
请参阅图3，图3是本发明实施例提供的一种服务器的结构示意图。本发明实施例的服务器包括用于执行所述嵌入式设备启动Linux内核和文件系统的方法的模块。具体的，本发明实施例的服务器可以包括：读取模块10、校验模块20、加载模块30、烧录模块40和启动模块50。其中，
所述读取模块10，用于在检测到嵌入式设备上电后，读取Flash存储介质固定区域中的boot loader程序，并启动boot loader程序；从Nand Flash固定区域读取镜像文件至随机存取存储器中，所述镜像文件包括Linux内核镜像文件和/或文件系统镜像文件；
所述校验模块20，用于基于ECC算法校验读取至所述随机存取存储器中的镜像文件的正确性；
所述启动模块50，用于若校验读取至所述随机存取存储器中的所述Linux内核镜像文件和所述文件系统镜像文件正确，则依次启动读取到的所述Linux内核镜像文件和所述文件系统镜像文件；
所述加载模块30，用于若校验读取至所述随机存取存储器中的所述Linux内核镜像文件或所述文件系统镜像文件出错，则擦除检测出错文件所在的存储区域，并基于bootloader程序远程加载建立和远端服务器的通信信道环境，将远端存储的所述Linux内核镜像文件或所述文件系统镜像文件加载至所述嵌入式设备随机存取存储器之中；
所述烧录模块40，用于获取远端存储加载的所述Linux内核镜像文件或所述文件系统镜像文件，写入指定Nand Flash存储分区；
所述启动模块50，用于在检测到所述嵌入式设备通过复位系统上电重启后，就依次启动读取到的所述Linux内核镜像文件和所述文件系统镜像文件。
在一实施例中，所述校验模块20，用于在向Nand Flash中写入数据时，根据ECC算法计算出第一校验值，并将所述第一校验值存储至Nand Flash的空闲区域；从Nand Flash中读出数据之后，根据ECC算法计算读出数据的第二校验值，并将第一校验值与第二校验值进行比较。若所述第一校验值大于所述第二校验值或所述第一校验值小于第二校验值，则校验读取至所述随机存取存储器中的所述Linux内核镜像文件或所述文件系统镜像文件出错；若所述第一校验值等于所述第二校验值，则校验读取至所述随机存取存储器中的所述Linux内核镜像文件或所述文件系统镜像文件正确。
在一实施例中，所述加载模块30，用于从指定Nand Flash分区加载所述Linux内核镜像文件或所述文件系统镜像文件，检测所述Linux内核镜像或所述文件系统镜像的正确性，若检测正确，则依次启动读取到的所述Linux内核镜像文件和所述文件系统镜像文件；若检测不正确，则重新从远端存储的所述Linux内核镜像文件或所述文件系统镜像文件加载至所述嵌入式设备随机存取存储器之中。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

Claims (4)

1.一种嵌入式设备启动Linux内核和文件系统的方法，其特征在于，包括：
在检测到嵌入式设备上电后，读取Flash存储介质固定区域中的boot loader程序，并启动boot loader程序；
从Nand Flash固定区域读取镜像文件至随机存取存储器中，所述镜像文件包括Linux内核镜像文件和/或文件系统镜像文件；
基于ECC算法校验读取至所述随机存取存储器中的镜像文件的正确性；
其中，若校验读取至所述随机存取存储器中的所述Linux内核镜像文件和所述文件系统镜像文件正确，则依次启动读取到的所述Linux内核镜像文件和所述文件系统镜像文件；
若校验读取至所述随机存取存储器中的所述Linux内核镜像文件或所述文件系统镜像文件出错，则擦除检测出错文件所在的存储区域，并基于boot loader程序建立和远端服务器的通信信道环境，将远端存储的所述Linux内核镜像文件或所述文件系统镜像文件加载至所述嵌入式设备随机存取存储器之中；
获取远端存储加载的所述Linux内核镜像文件或所述文件系统镜像文件，写入指定Nand Flash存储分区；
在检测到所述嵌入式设备通过复位系统上电重启后，就依次启动读取到的所述Linux内核镜像文件和所述文件系统镜像文件。
2.如权利要求1所述的嵌入式设备启动Linux内核和文件系统的方法，其特征在于，所述基于ECC算法校验读取至所述随机存取存储器中的镜像文件的正确性，包括：
在向Nand Flash中写入数据时，根据ECC算法计算出第一校验值，并将所述第一校验值存储至Nand Flash的空闲区域；从Nand Flash中读出数据之后，根据ECC算法计算读出数据的第二校验值，并将第一校验值与第二校验值进行比较。
3.如权利要求2所述的嵌入式设备启动Linux内核和文件系统的方法，其特征在于，所述将第一校验值与第二校验值进行比较，包括：
若所述第一校验值大于所述第二校验值或所述第一校验值小于第二校验值，则校验读取至所述随机存取存储器中的所述Linux内核镜像文件或所述文件系统镜像文件出错；
若所述第一校验值等于所述第二校验值，则校验读取至所述随机存取存储器中的所述Linux内核镜像文件或所述文件系统镜像文件正确。
4.如权利要求1所述的嵌入式设备启动Linux内核和文件系统的方法，其特征在于，所述在检测到所述嵌入式设备通过复位系统上电重启后，就依次启动读取到的所述Linux内核镜像文件和所述文件系统镜像文件，包括：
从指定Nand Flash分区加载所述Linux内核镜像文件或所述文件系统镜像文件，检测所述Linux内核镜像或所述文件系统镜像的正确性，若检测正确，则依次启动读取到的所述Linux内核镜像文件和所述文件系统镜像文件；若检测不正确，则重新从远端存储的所述Linux内核镜像文件或所述文件系统镜像文件加载至所述嵌入式设备随机存取存储器之中。
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