CN111143131A

CN111143131A - 对操作系统进行备份热启动的系统

Info

Publication number: CN111143131A
Application number: CN201911371403.6A
Authority: CN
Inventors: 张如州; 黎蕾
Original assignee: CETC 58 Research Institute
Current assignee: CETC 58 Research Institute
Priority date: 2019-12-26
Filing date: 2019-12-26
Publication date: 2020-05-12
Anticipated expiration: 2039-12-26
Also published as: CN111143131B

Abstract

本申请揭示了一种对操作系统进行备份热启动的系统，为了尽量减少系统的体积和设计成本，在本申请的设计中，将利用2个存储器件EMMC分别存储操作系统，EMMC0存储第一操作系统，EMMC1存储第二操作系统，利用一个QSPI存储boot文件，把不同的boot文件分别存放在不同的偏移地址空间范围内，Boot1是引导第一操作系统的启动文件，Boot2是引导第二操作系统的启动文件，系统上电启动XC7Z045读取boot0，boot0运行后根据看门狗的输出引脚判断从boot1还是boot2启动，这样设计的系统不仅设计架构简单，而且设计成本更低，可复用性更强，设计的理念更加先进，再利用软件算法的配合，使得简单的硬件系统发挥出最大的优势。

Description

对操作系统进行备份热启动的系统

技术领域

本发明涉及一种操作系统备份热启动系统，尤其是一种基于XC7Z045实现操作系统备份热启动系统。

背景技术

操作系统备份使得系统具有较强适应性、安全性和可靠性，特别是宇航设备对系统的安全性和可靠性要求非常高，为了抵抗外部空间复杂未知环境，在设计系统时会采用系统备份启动修复方案，这样大大的提高了设备和系统的使用寿命；太空空间环境比较复杂，太空粒子辐射比较多，对存储器的干扰比较大，为了保证系统正常的工作使用寿命，采用两个EMMC存储单元分别存储两套操作系统，如果其中一个EMMC存储器不能正常工作，那么切换到另外一个EMMC存储设备上启动操作系统。

现在对宇航系统的应用要求越来越高（小型化、多功能、数字化及高可靠性、高性能方面），实现的功能越来越多，增加功能意味着要增加更多的器件或增加器件的功能及性能，这样势必造成整体方案体积、重量的增加，如何减少这些是一个长期研究的工作。

传统系统备份一般采用两套相同的设备，如果其中一套设备出现故障，那么切换到另外一套设备，这样设备的成本就是两倍。这种系统设计复杂，实现成本高，而且整体结构体积大，安装复杂，已经不能满足系统小型化的需求。在产品效能与小型化的需求带动下，如何降低设备的设计和应用成本，以及降低设计的周期和难度，于是使用XC7Z045设计的应用系统，利用Multiboot启动模式，根据需要可以在一套硬件系统的情况下完成系统的备份处理。目的在于将一个系统所需的组件整合到一块硬件上；而XC7Z045则是由系统备份的立场出发，将不同或者相同的功能软件系统整合于一个套硬件系统中。

于是如何实现软件操作系统备份热启动，这个功能相对负复杂的系统，在一套硬件系统上的实现成为一个研究方向。

发明内容

本申请要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提供一种高性能操作系统备份热启动系统，基于XC7Z045核心芯片，利用一片QSPI Flash和两片EMMC存储芯片，QSPI Flash存储Boot文件，EMMC分别存储两套操作系统，使系统的体积更小，重量更轻，成本更低。

为了解决上述技术问题，本申请提供了如下的技术方案：

本申请一种对操作系统进行备份热启动的系统，包括：主控芯片XC7Z045、内存DDR3、存储芯片QSPI Flash、第一存储芯片EMMC0、第二存储芯片EMMC1以及看门狗电路，其中：

所述看门狗电路的输入/输出引脚与所述XC7Z045电性连接；所述XC7Z045分别与所述DDR3、所述QSPI Flash以及所述EMMC0、所述EMMC1电性连接；所述EMMC0和所述EMMC1分别存储镜像的第一操作系统和第二操作系统，所述QSPI Flash中存储有Boot0文件、Boot1文件和Boot2文件，其中Boot1文件用于启动EMMC0中的第一操作系统，所述Boot2文件用于启动EMMC1中的第二操作系统；

所述XC7Z045每隔预定时长向所述看门狗电路发送信号，所述看门口电路在所述预定时长未接收到所述XC7Z045发送的信号时，向所述XC7Z045输出复位信号；

所述Boot0文件根据所述XC7Z045接收到的复位信号，确定出与所述复位信号对应的Boot文件，其中：所述复位信号为高电平时，与所述复位信号对应的Boot文件为所述Boot1文件和所述Boot2文件中的一种；所述复位信号为低电平时，与所述复位信号对应的Boot文件为所述Boot1文件和所述Boot2文件中的另一种。

可选的，所述Boot1文件和所述Boot2文件分别存储于所述QSPI Flash中的不同偏移地址上；所述Boot0文件根据所述XC7Z045接收到的复位信号，确定出与所述复位信号对应的Boot文件所在的偏移起始地址，从确定出的所述偏移起始地址读取对应的Boot文件。

可选的，所述对操作系统进行备份热启动的系统上电后，所述XC7Z045启动，所述XC7Z045启动后运行Boot0文件，并获取所述看门狗发送的信号；所述Boot0文件根据所述看门狗电路发送的信号选择执行Boot1文件或执行Boot2文件。

通过上述技术特征，本申请提供的对操作系统进行备份热启动的系统至少可以实现如下有益效果：

基于XC7Z045、QSPI Flash、看门狗以及两个EMMC，在两个EMMC中分别存储镜像的操作系统，在QSPI Flash中分别存储启动这两个操作系统的Boot1文件和Boot2文件，在系统上电后，QSPI Flash中的Boot0文件根据看门狗引脚输出的信号确定执行Boot1文件或Boot2文件；当其中一个EMMC出现损坏时，看门狗电路输出复位信号，QSPI Flash中的Boot0文件根据看门狗引脚输出的复位信号更换Boot文件，以启动另一个操作系统，这样可以保证整个系统连续工作，从而能够保证整个系统的使用寿命和制造成本，让模块体积更小，可靠性强，重量更轻。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本发明。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

图 1为本申请部分实施例中提供的一种基于XC7Z045实现操作系统备份热启动系统的原理框图；

图2为本申请部分实施例中提供的一种基于XC7Z045系统备份热启动系统QSPI Flash存储Boot文件和EMMC存储操作系统意图；

图3为本申请部分实施例中提供的一种基于XC7Z045实现操作系统备份热启动系统软件启动示意图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。

如图1所示，其是本申请部分实施例中提供的一种基于XC7Z045实现操作系统备份热启动系统的原理框图，本申请提供的操作系统备份热启动系统包括主控芯片XC7Z045、内存DDR3、存储芯片QSPI Flash、第一存储芯片EMMC0、第二存储芯片EMMC1以及看门狗电路。

看门狗电路的输入/输出引脚与XC7Z045电性连接。

本申请提到的看门狗电路又称watchdog timer，是一个定时器电路，一般有一个输入端，叫喂狗（kicking the dog/service the dog），一个输出到XC7Z045上。XC7Z045所启动的操作系统正常工作时，每隔预定时长输出一个信号到看门狗电路的喂狗端，给看门狗电路清零；如果超过预定时长不喂狗，看门狗电路定时超过，则输出一个复位信号到XC7Z045。

XC7Z045分别与DDR3、QSPI Flash以及EMMC0、EMMC1电性连接。

图2为本申请部分实施例中提供的一种基于XC7Z045系统备份热启动系统QSPIFlash 存储Boot文件和EMMC存储操作系统意图，EMMC0和EMMC1分别存储镜像的第一操作系统和第二操作系统，即，EMMC分别存储不同的操作系统文件。

QSPI Flash中存储有Boot0文件、Boot1文件和Boot2文件，其中Boot1文件用于启动EMMC0中的第一操作系统，Boot2文件用于启动EMMC1中的第二操作系统。也就是说，根据系统的Multiboot功能把不同的系统Boot文件分别存储在不同的偏移地址上，不同的Boot文件可以去读取和启动属于自己的操作系统文件。

XC7Z045每隔预定时长向看门狗电路发送信号，看门口电路在预定时长未接收到XC7Z045发送的信号时，向XC7Z045输出复位信号。

Boot0文件根据XC7Z045接收到的复位信号，确定出与复位信号对应的Boot文件，其中：复位信号为高电平时，与复位信号对应的Boot文件为Boot1文件和Boot2文件中的一种；复位信号为低电平时，与复位信号对应的Boot文件为Boot1文件和Boot2文件中的另一种。

看门狗电路的输出引脚所输出的信号为系统提供参考，举例来讲，如果看门狗电路输出引脚输出的为高电平，则可以利用Multiboot从Boot1文件启动第一操作系统，相反，如果看门狗电路输出引脚输出的为低电平，从可以利用Multiboot从Boot2文件启动第二操作系统。

请参见图2所示，Boot1文件和Boot2文件分别存储于QSPI Flash中的不同偏移地址上；Boot0文件根据XC7Z045接收到的复位信号，确定出与复位信号对应的Boot文件所在的偏移起始地址，从确定出的偏移起始地址读取对应的Boot文件。

根据其他启动技术设计原理，将系统启动的Boot文件分别存放在QSPI Flash的不同位置，同时使能系统的Multiboot功能，当看门狗复位时可以根据看门狗的输出引脚，XC7Z045进行判断从哪个地址上去读取和启动Boot文件，因此Boot最终加载自己的操作系统镜像并且运行。在XC7Z045的FSBL文件可以开启和应用Multiboot功能，此功能是把不同的Boot文件存储在QSPI Flash不同的偏移地址上，如果其中一个地址上无法读取和运行自己的系统文件时，就会跳转到另一偏移地址上去读取运行另外一个Boot文件。

对操作系统进行备份热启动的系统上电后，XC7Z045启动，XC7Z045启动后运行Boot0文件，并获取看门狗发送的信号；Boot0文件根据看门狗电路发送的信号选择执行Boot1文件或执行Boot2文件。

请参见图3所示，其是本申请部分实施例中提供的一种基于XC7Z045实现操作系统备份热启动系统软件启动示意图，当看门狗电路复位时，XC7Z045获取到复位信号，Boot0文件根据复位信号选择至Boot1文件的偏移地址读取Boot1文件，以启动EMMC0中的第一操作系统；或者根据复位信号选择至Boot2文件的偏移地址读取Boot2文件，以启动EMMC1中的第二操作系统。

本申请使用XC7Z045、QSPI Flash、EMMC主要芯片及看门狗电路，基于MultiBoot启动方式，采用两片EMMC存储操作系统，QSPI Flash存储boot文件，使用QSPI Flash+EMMC启动方式，使系统体积更小，重量更轻、成本更低以及设计方案简单可靠。

本申请为了尽量减少系统的体积、设计成本以及提高系统的可靠性，将利用2个存储器件EMMC分别存储操作系统，EMMC0存储第一操作系统，EMMC1存储第二操作系统，利用一个QSPI存储Boot文件，把不同的Boot文件分别存放在不同的偏移地址空间范围内，Boot1是引导第一操作系统的启动文件，Boot2是引导第二操作系统的启动文件，系统上电启动XC7Z045读取Boot0并且运行根据看门狗的输出引脚判断从Boot1还是Boot2启动，这样设计的系统不仅设计架构简单，而且设计成本更低，可复用性更强，设计的理念更加先进，再利用软件算法的配合，使得简单的硬件系统发挥出最大的优势。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里发明的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未发明的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims

1.一种对操作系统进行备份热启动的系统，其特征在于，所述对操作系统进行备份热启动的系统包括：主控芯片XC7Z045、内存DDR3、存储芯片QSPI Flash、第一存储芯片EMMC0、第二存储芯片EMMC1以及看门狗电路，其中：

2.根据权利要求1所述的对操作系统进行备份热启动的系统，其特征在于，所述Boot1文件和所述Boot2文件分别存储于所述QSPI Flash中的不同偏移地址上；

所述Boot0文件根据所述XC7Z045接收到的复位信号，确定出与所述复位信号对应的Boot文件所在的偏移起始地址，从确定出的所述偏移起始地址读取对应的Boot文件。

3.根据权利要求1所述的对操作系统进行备份热启动的系统，其特征在于，所述对操作系统进行备份热启动的系统上电后，所述XC7Z045启动，所述XC7Z045启动后运行Boot0文件，并获取所述看门狗发送的信号；

所述Boot0文件根据所述看门狗电路发送的信号选择执行Boot1文件或执行Boot2文件。