CN110837376A - 用于无线平面调车系统设备的linux系统及引入方法 - Google Patents

用于无线平面调车系统设备的linux系统及引入方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于无线平面调车系统设备的LINUX系统及引入方法。LINUX系统包括用于设置启动参数和引导设备启动的引导程序uboot；包括用于完成板级初始化、加载设备启动和配置接口函数的操作系统内核；包括构建系统架构、与接口函数进行数据交互和加载应用程序的设备文件系统。将Linux系统引入平面无线调车系统设备，在设备内置文件系统内运行应用程序，配置设备参数，增加设备软件稳定性，完善软件功能。从而解决了现有裸系统设备无内置操作系统，造成设备运行不稳定功能不完善等问题。

Description

用于无线平面调车系统设备的LINUX系统及引入方法
技术领域
本发明涉及无线平面调车系统设备，特别是涉及一种用于无线平面调车系统设备的LINUX系统及引入方法。
背景技术
铁路无线调车系统设备是铁路调车作业的重要指挥工具，市场上的大部分设备主要是裸系统设备，并无内置操作系统，造成设备运行不稳定功能不完善等缺点。
发明内容
本发明的目的是，在当今Linux系统飞速发展完善的背景下，将Linux系统引入平面无线调车系统设备，在设备内置文件系统内运行应用程序，配置设备参数，增加设备软件稳定性，完善软件功能。为实现上述目的，本发明特别提供一种用于无线平面调车系统设备的LINUX系统及引入方法。
本发明采取的技术方案是：一种用于无线平面调车系统设备的LINUX系统，其特征在于，所述LINUX系统包括用于设置启动参数和引导设备启动的引导程序uboot；包括用于完成板级初始化、加载设备启动和配置接口函数的操作系统内核；包括构建系统架构、与接口函数进行数据交互和加载应用程序的设备文件系统。
一种用于无线平面调车系统设备的LINUX系统引入方法，其特征在于，所述方法有如下步骤：
一、首先，设备系统在uboot启动后进行基本硬件初始化，设置主频及外设分频比，设置启动参数，获取环境变量，并根据环境变量的配置查找LINUX内核所在位置并加载到内存。
二、引导内核与文件系统启动；加载内核完成主要外设与外接芯片初始化，注册设备驱动，设置文件存储分区，注册接口函数。
三、载入文件系统进行用户态与内核态数据交互，挂载文件系统分区，加载启动脚本，完成Linux的载入，启动应用程序。
四、应用程序启动及运行过程中，在平调系统设备软件加入进程监测机制，使用线程运行应用程序，并监测应用程序运行状态。
五、在监测到应用程序运行异常崩溃时，自动重新加载应用程序，读取数据库，恢复平调系统业务状态。
六、固化Linux系统到平面调车系统设备的NAND FLASH存储，通过SD卡烧写系统镜像编译文件。
本发明所述的应用程序分为MMI程序、DSP程序和ARM程序；其中MMI程序包括设置模式、工作模式和测试态，管理呼叫、信令和调车单业务界面，语音播报，收发指示灯，一段时间内无业务时休眠省电；DSP程序负责模拟和数字语音调制解调、数字信令收发和信道状态监测；ARM程序包括ARM底层和PTL两部分，PTL负责实现语音、信令、调车单业务协议流程，ARM底层负责驱动、任务优先级调度、DB数据存取、测试态功能和休眠省电；ARM底层使用脚本进行PTL和DSP程序的启动加载，与MMI程序之间采用消息队列方式进行通信。
本发明所述通过SD卡方式启动设备，基于U-Boot命令行格式化擦除NAND FLASH设备分区，烧写U-Boot镜像、内核镜像和文件系统镜像到NAND FLASH存储。
本发明所述的烧写U-Boot镜像采取如下方法：
（1）、使用mmc rescan命令扫描烧写工具设备，使用fatload命令下载U-Boot文件到内存。
（2）、使用nand erase命令擦除NAND FLASH的U-Boot分区。
（3）、使用nand write命令烧写U-Boot到NAND FLASH。
本发明所述的烧写内核镜像采取如下方法：
（1）、使用mmc rescan命令扫描烧写工具设备，使用fatload mmc命令下载内核到内存。
（2）、使用nand erase命令擦除NAND FLASH的内核分区。
（3）、使用nand write命令烧写内核到NAND FLASH。
本发明所述的烧写文件系统镜像采取如下方法：
（1）、使用flash_eraseall命令擦除NAND FLASH的filesystem分区。
（2）、使用ubiformat命令烧写文件系统到NAND FLASH。
本发明所产生的有益效果是：将Linux系统引入平面无线调车系统设备，在设备内置文件系统内运行应用程序，配置设备参数，增加设备软件稳定性，完善软件功能。从而解决了现有裸系统设备无内置操作系统，造成设备运行不稳定功能不完善等问题。
附图说明
图1是本发明引入平面无线调车系统设备内的LINUX系统构成框图；
图2是本发明ARM底层程序架构图；
图3是本发明应用程序框架图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步说明。
设备系统由引导程序uboot、操作系统内核、设备文件系统构成。其中uboot作为引导程序，主要完成基本硬件初始化，设置启动参数，引导操作系统等功能；内核是操作系统最基本的部分，主要由存储管理，CPU和进程管理，设备驱动管理，网络通信，系统初始化及接口调用等模块组成，进行板级初始化，处理与用户态接口函数；文件系统用于明确存储设备或分区上的文件的方法和数据结构，即在存储设备上组织文件，负责为用户建立文件，存入、读出、修改、转储文件，控制文件的存取，当用户不再使用时撤销文件等。
如图1所示，本发明的LINUX系统包括用于设置启动参数和引导设备启动的引导程序uboot；包括用于完成板级初始化、加载设备启动和配置接口函数的操作系统内核；包括构建系统架构、与接口函数进行数据交互和加载应用程序的设备文件系统。
如图2所示，1、ARM底层启动分为第一级启动BOOT，第二级启动BOOT，加载Linux。第二级启动BOOT为UBOOT。使用第一级启动生成工具AISGEN直接生成第一级BOOT。第一级BOOT的主要目的就是完成基础必要外设的初始化，然后加载二级BOOT。
2、AISGEN作为一级BOOT，主要用于配置主频与初始化片外必要外设，如FLASH和RAM，以及必要的片上外设配置，如PLL倍频，PSC片上外设供电配置，管脚复用等。初始化完成后AISGEN将加载二级BOOT完成次级BOOT启动。
3、二级BOOT加载部分驱动，初步配置FLASH分区。
4、Linux内核使用现有的驱动去实现各种功能，配置锁相环和管脚复用功能，完成板级初始化，配置FLASH分区，加载驱动。
系统具体工作流程：设备系统在uboot启动后进行基本硬件初始化（如I/O，COM，USB，FLASH等），设置主频及外设分频比（主频由晶振频率倍频得到，倍频与分频比参数可自行设置），设置内核与文件系统启动参数，获取环境变量，并根据环境变量的配置查找Linux内核所在位置并加载到内存，引导内核与文件系统启动；加载内核完成主要外设与外接芯片初始化，注册设备驱动，设置文件存储分区，注册接口函数；载入文件系统进行用户态与内核态数据交互，挂载文件系统分区，加载启动脚本，启动应用程序，完成Linux的启动。应用程序启动及运行过程中，在平调系统设备软件加入进程监测机制，使用线程运行应用程序，并使用软件看门狗监测程序运行状态。在监测到应用程序运行异常崩溃时，自动重新加载程序，读取数据库，恢复平调系统业务状态，不需要设备整机掉电重启，避免业务数据丢失及因平调系统设备业务中断造成损失。
如图3所示，应用程序分为MMI程序、DSP程序和ARM程序；其中MMI程序包括设置模式、工作模式和测试态，管理呼叫、信令和调车单业务界面，语音播报，收发指示灯，一段时间内无业务时休眠省电；DSP程序负责模拟和数字语音调制解调、数字信令收发和信道状态监测；ARM程序包括ARM底层和PTL两部分，PTL负责实现语音、信令、调车单业务协议流程，ARM底层负责驱动、任务优先级调度、DB数据存取、测试态功能和休眠省电；ARM底层使用脚本进行PTL和DSP程序的启动加载，与MMI程序之间采用消息队列方式进行通信。
固化Linux系统到平面调车系统设备的NAND FLASH存储，平调系统设备NANDFLASH存储分区分布如下表：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
其中引导程序启动参数分区保存u-boot环境变量，设置启动参数。引导程序分区保存引导程序文件。内核分区保存内核文件镜像。文件系统分区保存文件系统结构镜像，采用ubifs格式文件系统。
FLASH具有“先擦除再写入”、坏块、“有限的读写次数”等特性，可擦除块的读写寿命从几千到几十万之间不等。而目前管理FLASH的方法主要有：
1、采用MTD+FTL／NFTL（flash 转换层／nand flash转换层）＋ 传统文件系统，如：FAT、ext2等。FTL／NFTL的使用就是针对FLASH的特有属性，通过软件的方式来实现日志管理、坏块管理、损益均衡等技术。但实践证明，由于知识产权、效率等各方面因素导致本方案有一定的局限性。
2、采用硬件翻译层+传统文件系统的方案。这种方法被很多存储卡产品采用，如：SD卡、U盘等。这种方案对于一些产品来说，成本较高。
3、采用MTD+ FLASH专用文件系统，如JFFS1／2，YAFFS1/2等。它们大大提高了FLASH的管理能力，并被广泛应用。JFFS2、YAFFS2等专用文件系统也存在着一些技术瓶颈，如：内存消耗大，对FLASH容量、文件系统大小、内容、访问模式等的线性依赖，损益均衡能力差或过渡损益等。在此背景下内核加入了UBIFS文件系统的支持。
UBIFS文件系统具有如下一些特点：
1、可扩展性：UBIFS对FLASH尺寸有着很好的扩展性； 也就是说挂载时间，内存消耗以及I/O速度都不依赖于FLASH尺寸（对于内存消耗并不是完全准确的，但是依赖性非常的低）；UBIFS可以很好的适应GB级FLASH；当然UBI本身还有扩展性的问题，无论如何UBI/UBIFS都比JFFS2的可扩展性好，此外如果UBI成为瓶颈，还可以通过升级UBI而不需改变UBIFS。
2、快速挂载：不像JFFS2，UBIFS在挂载阶段不需要扫描整个文件系统，UBIFS 挂载介质的时间只是毫秒级，时间不依赖于FLASH的尺寸；然而UBI的初始化时间是依赖FLASH的尺寸的，因此必须把这个时间考虑在内。
3、回写支持：回写或者叫延迟写更准确些，同JFFS2的立即写入内存相比可以显著的提高文件系统的吞吐量。
4、异常卸载适应度：UBIFS是一个日志文件系统可以容忍突然掉电以及异常重启；UBIFS 通过重放日志来恢复异常卸载，在这种情况下重放会消耗一些时间，因此挂载时间会稍微增加，但是重放过程并不会扫描整个FLASH介质，所以UBIFS的挂载时间大概在几分之一秒。
5、快速I/O：即使我们非使能回写（可以在unmount时使用osync mount选项），UBIFS的性能仍然接近JFFS2；JFFS2的同步I/O是非常惊人的，因为JFFS2不需要在FLASH上维护索引数据结构，所以就没有因此而带来的负担；而UBIFS恰恰是有索引数据的。 UBIFS之所以够快是因为UBIFS提交日志的方式：不是把数据从一个地方移动到另外一个位置，而只是把数据的地址加到文件系统的索引，然后选择不同的擦除块作为新的日志块，此外还有multi-headed日志方式等技巧。
6、飞行压缩：存储在FLASH介质上的数据是压缩的；同时也可以灵活的针对单个文件来打开关闭压缩；例如，可能需要针对某个特定的文件打开压缩，或者可能缺省方式下支持压缩，但是对多媒体文件则关闭压缩。
7、可恢复性：UBIFS可以从索引破坏后恢复；UBIFS中的每一片信息都有一个头来描述，因此可以通过扫描这个FLASH介质来重构文件系统，这点和JFFS2非常类似；如果擦除了FAT文件系统的FAT表，那么对于FAT FS是致命的错误，但是如果擦除UBIFS的索引，则仍然可以重构文件系统，当然这需要一个特定的用户空间程序来做这个恢复。
8、完整性：UBIFS通过写校验和到FLASH 介质上来保证数据的完整性，UBIFS不会无视损坏文件数据或元数据缺省的情况，UBIFS仅仅检查元数据的CRC校验，但是可以通过挂载选项，强制进行数据CRC校验的检查。
作为jffs2的后继文件系统，UBIFS通过UBI子系统处理与MTD设备之间动作。UBIFS文件系统更适合针对于裸FLASH设备，而非SSD，MMC，SD，Compact Flash等之类的基于FLASH的存储设备，更加节省硬件物料成本，故平调系统设备采用UBIFS格式文件系统。
JFFS2存储在内存中，当文件系统被挂载的时候，内存将重新建立索引。JFFS2这样就潜在地给自己最大尺寸做了一个限制，因为挂载时间和内存使用情况都随着FLASH的大小而线性增长，UBIFS和JFFS2之间最大的不同就是UBIFS将索引存储在FLASH上，UBIFS就是被设计用来克服这个限制。
系统应用程序启动及运行过程保护：在手持台软件arm端加入软件进程监测机制。在进程监控程序中启动运行应用程序进程。在主线程中加入看门狗，间隔2s向看门狗写入数据。在主线程监控到应用程序运行异常崩溃时，自动重新加载应用程序，读取数据库，恢复手持台业务状态，并记录重新记载数据，避免业务数据丢失及因手持台业务中断造成损失。当重新加载次数达到3次时，默认平调系统设备整机运行状态异常，软件监控程序主线程停止向看门狗写入数据，设备整机重新启动，彻底恢复运行状态。看门狗2s的数据写入间隔可保证设备不会因异常掉电重启导致应用程序文件损坏或业务数据丢失，最大限度保证平调系统设备程序及数据完整性。

Claims (7)

1.一种用于无线平面调车系统设备的LINUX系统，其特征在于，所述LINUX系统包括用于设置启动参数和引导设备启动的引导程序uboot；包括用于完成板级初始化、加载设备启动和配置接口函数的操作系统内核；包括构建系统架构、与接口函数进行数据交互和加载应用程序的设备文件系统。
2.一种如权利要求1所述的用于无线平面调车系统设备的LINUX系统引入方法，其特征在于，所述方法有如下步骤：
一、首先，设备系统在uboot启动后进行基本硬件初始化，设置主频及外设分频比，设置启动参数，获取环境变量，并根据环境变量的配置查找LINUX内核所在位置并加载到内存；
二、引导内核与文件系统启动；加载内核完成主要外设与外接芯片初始化，注册设备驱动，设置文件存储分区，注册接口函数；
三、载入文件系统进行用户态与内核态数据交互，挂载文件系统分区，加载启动脚本，完成Linux的载入，启动应用程序；
四、应用程序启动及运行过程中，在平调系统设备软件加入进程监测机制，使用线程运行应用程序，并监测应用程序运行状态；
五、在监测到应用程序运行异常崩溃时，自动重新加载应用程序，读取数据库，恢复平调系统业务状态；
六、固化Linux系统到平面调车系统设备的NAND FLASH存储，通过SD卡烧写系统镜像编译文件。
3.根据权利要求2所述的一种用于无线平面调车系统设备的LINUX系统引入方法，其特征在于，所述的应用程序分为MMI程序、DSP程序和ARM程序；其中MMI程序包括设置模式、工作模式和测试态，管理呼叫、信令和调车单业务界面，语音播报，收发指示灯，一段时间内无业务时休眠省电；DSP程序负责模拟和数字语音调制解调、数字信令收发和信道状态监测；ARM程序包括ARM底层和PTL两部分，PTL负责实现语音、信令、调车单业务协议流程，ARM底层负责驱动、任务优先级调度、DB数据存取、测试态功能和休眠省电；ARM底层使用脚本进行PTL和DSP程序的启动加载，与MMI程序之间采用消息队列方式进行通信。
4.根据权利要求2所述的一种用于无线平面调车系统设备的LINUX系统引入方法，其特征在于，通过SD卡方式启动设备，基于U-Boot命令行格式化擦除NAND FLASH设备分区，烧写U-Boot镜像、内核镜像和文件系统镜像到NAND FLASH存储。
5.根据权利要求4所述的一种用于无线平面调车系统设备的LINUX系统引入方法，其特征在于，所述的烧写U-Boot镜像采取如下方法：
（1）、使用mmc rescan命令扫描烧写工具设备，使用fatload命令下载U-Boot文件到内存；
（2）、使用nand erase命令擦除NAND FLASH的U-Boot分区；
（3）、使用nand write命令烧写U-Boot到NAND FLASH。
6.根据权利要求4所述的一种用于无线平面调车系统设备的LINUX系统引入方法，其特征在于，所述的烧写内核镜像采取如下方法：
（1）、使用mmc rescan命令扫描烧写工具设备，使用fatload mmc命令下载内核到内存；
（2）、使用nand erase命令擦除NAND FLASH的内核分区；
（3）、使用nand write命令烧写内核到NAND FLASH。
7.根据权利要求4所述的一种用于无线平面调车系统设备的LINUX系统引入方法，其特征在于，所述的烧写文件系统镜像采取如下方法：
（1）、使用flash_eraseall命令擦除NAND FLASH的filesystem分区；
（2）、使用ubiformat命令烧写文件系统到NAND FLASH。
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20200225

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