CN112764954A - 嵌入式设备的启动诊断方法，嵌入式设备和存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种嵌入式设备的启动诊断方法，嵌入式设备和存储介质，该方法包括：在所述CPU完成初始化后，在主板初始化的过程中，将主板初始化信息记录在所述铁电存储器中；在外设初始化的过程中，将外设初始化信息记录在所述铁电存储器中，以在所述嵌入式设备启动过程发生故障时，通过所述铁电存储器中的记录，对故障进行定位和分析；在内核解压后的内核初始化的过程中，在内核完成初始化地址空间映射后，将内核初始化信息记录在所述铁电存储器中。本发明能够在嵌入式设备一上电，以及操作系统未运行到可操作状态前，就进行日志记录，并通过将嵌入式设备的启动过程记录在铁电存储器中，不依赖文件系统，避免文件系统故障的影响，提高记录可靠行。

Description

嵌入式设备的启动诊断方法，嵌入式设备和存储介质

技术领域

本发明涉及嵌入式设备技术领域，尤其涉及一种嵌入式设备的启动诊断方法、嵌入式设备和存储介质。

背景技术

PowerPC是一种精简指令集RISC架构的中央处理器CPU，具有优异的性能、较低的能量损耗、以及较低的散热量，广泛应用于嵌入式设备。

由于嵌入式设备通常运行于严酷的工业环境中，例如高铁等电磁环境复杂、温度环境变化大的环境中，因此在现场运行时，嵌入式设备可能会发生由于硬件、软件或者环境等因素导致的设备启动故障。设备启动故障包括：设备启动失败、设备启动慢、设备软重启以及设备硬重启等。

在发生故障后，工程师会对发生故障的嵌入式设备进行故障分析，以确定故障原因，从而有针对性地排除故障。然而，当工程师进行分析故障时，由于很多故障无法复现、或者无法快速定位到故障原因，因此导致工程师只能通过自己的经验或者根据零碎的表象来猜测故障点以及故障原因，这极大地降低了工程师的工作效率，而且不能够保证故障被完全排除。

为了帮助工程师快速定位故障点并分析故障原因，以减少工程师进行维护所花费的时间，一种较好的解决方案是：在故障发生时，对故障或者CPU进行记录。这样，当工程师在进行故障定位以及故障分析时，就有了完整且可靠的分析依据，从而能够极大地提高工程师的工作效率。

在很多操作系统中，使用dump工具来记录故障。Dump工具能够导出异常发生时的CPU的所有的寄存器以及堆栈调用等信息。在dump工具导出的故障信息的基础上，工程师能够对故障进行完整且可靠的有依据的分析。然而，dump工具的工作依赖于文件系统，而文件系统在操作系统启动之后才能正常工作，即dump工具只能在操作系统启动完成之后才能够记录故障信息。因此，dump工具并不能记录操作系统启动之前的故障信息，也不能协助工程师对操作系统启动之前的故障进行分析。

因此，亟需提供一种系统及方法，用于解决：在嵌入式设备在上电之后到嵌入式设备的操作系统启动之前期间内，记录故障信息的问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种嵌入式设备的启动诊断方法，嵌入式设备和存储介质，能够在嵌入式设备在上电之后到嵌入式设备的操作系统启动之前期间内，进行日志记录，从而记录故障信息，进而在故障分析时为工程师提供有力的支撑。

本发明的第一方面，提供了一种嵌入式设备的启动诊断方法，所述嵌入式设备具有CPU，所述CPU连接有铁电存储器，所述方法包括以下步骤：

S1：在所述CPU完成初始化后，在主板初始化的过程中，将主板初始化信息记录在所述铁电存储器中；

S2：在外设初始化的过程中，将外设初始化信息记录在所述铁电存储器中，以在所述嵌入式设备启动过程发生故障时，通过所述铁电存储器中的记录，对故障进行定位和分析。

优选的：所述方法还包括：

S3：在内核解压后的内核初始化的过程中，在内核完成初始化地址空间映射后，将内核初始化信息记录在所述铁电存储器中。

优选的，所述主板初始化包括时钟初始化，在时钟初始化完成后，将时间信息记录在所述铁电存储器中，以在故障发生时，根据时间信息还原所述嵌入式设备的启动过程，快速进行故障的定位和分析。

优选的，在所述嵌入式设备没有完成启动而发生了重启的情况下，在所述铁电存储器已有启动记录的基础上，继续记录启动过程；其中，所述启动过程包括CPU初始化，主板初始化，外设初始化、加载内核，解压内核，内核初始化和创建内核进程。

优选的，所述主板初始化信息包括下列各项中的至少一项：时钟初始化信息，串口初始化信息和内存初始化信息；所述外设初始化信息包括下列各项中的至少一项：网口初始化信息，NAND初始化信息和PCI初始化信息；所述内核初始化信息包括下列各项中的至少一项：内核地址空间映射初始化信息、内存管理初始化信息、系统日期和时间初始化信息；其中，每种信息构成一条记录存储在所述铁电存储器中，所述时间信息为每条记录的时间信息。

优选的，所述铁电存储器内存储有记录头，所述记录头包括记录标志、记录总次数，下一条记录索引和记录区总大小，其中，所述下一条记录索引用于指示下一条记录的存储位置。

优选的，第一次使用所述铁电存储器进行记录时，初始化所述记录头，使得记录标志以字符串的形式表示，记录总次数为0，下一条记录索引为0，记录区总大小为32字节。

优选的，一条记录完成后，将所述记录总次数加1并更新所述下一条记录索引。

优选的，当所述记录区写满后，将所述下一条记录索引设置为0，以进行循环记录。

第二方面，本发明提供一种嵌入式设备，所述嵌入式设备具有CPU，所述CPU连接有铁电存储器，所述铁电存储器根据任一项上述嵌入式设备的启动诊断方法，记录所述嵌入式设备的启动过程信息。

第三方面，本发明提供一种存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现任一项上述方法的步骤。

与现有技术相比，本发明具有如下优点或有益效果：

1.本发明能够在嵌入式设备一上电，以及操作系统未运行到可操作状态，就进行日志记录。

2.本发明通过将嵌入式设备的启动过程记录在铁电存储器中，不依赖文件系统，避免文件系统故障的影响，提高记录的可靠行。

3.本发明对每条记录添加了时间信息，当进行故障分析时，工程师能够基于铁电存储器中记录的时间信息来对嵌入式设备的启动过程进行还原，并结合铁电存储器FRAM中的记录快速地进行故障分析。

4.本发明对每条记录信息在逻辑上采用循环记录的方式来存储，高效利用了铁电存储器的存储空间。

附图说明

通过结合附图阅读下文示例性实施例的详细描述可更好地理解本发明的保护范围，其中所包括的附图是：

图1为本发明实施例的嵌入式设备的启动诊断方法的流程图；

图2为铁电存储器中存储区的存储示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图以及实施例来详细说明本发明的实施方案，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。

首先本发明的设计理念是通过物理存储介质，例如铁电存储器，接收并存储嵌入式设备启动过程中的日志记录，以在嵌入式设备启动过程发生故障时，通过铁电存储器中的记录，对故障进行定位和分析。

实施例一

本发明的实施例提供一种嵌入式设备的启动诊断方法，适用于PowerPC嵌入式设备，以及其它计算机平台或者列车运行监控系统等一般性平台。

具体的，嵌入式设备的启动过程包括引导过程和操作系统启动过程。其中，引导过程包括：CPU初始化，主板初始化，外设初始化和加载内核到内存中；操作系统启动过程包括：解压内核，内核初始化和创建内核进程。引导过程始于对嵌入式设备进行上电，结束于操作系统的内核被加载至内存中。操作系统启动过程始于操作系统的内核接管CPU，直至内核达到了一个可操作的状态。

在本实施例中，嵌入式设备具有CPU，CPU的总线连接有铁电存储器。铁电存储器是一种随机存取存储器，它既有动态随机存取存储器(DRAM)的快速读取和写入访问能力，也具备非易失性存储器在电源关掉后保留数据的能力。图1为本发明实施例的嵌入式设备的启动诊断方法的流程图。如图1所示，本实施例的嵌入式设备的启动诊断方法包括以下步骤：

S1：在CPU完成初始化后，在主板初始化的过程中，将主板初始化信息记录在铁电存储器中。

在本实施例中，CPU初始化包括CPU寄存器的初始化和CPU地址空间映射的初始化。完成CPU地址空间映射之后，就能够对挂载在CPU本地总线下的设备进行访问了，在本实施例中，该设备包括铁电存储器。此时(CPU地址空间映射之后)，铁电存储器即可实现记录功能。主板初始化信息可包括时钟初始化信息，串口初始化信息和内存初始化信息等。在本实施例中，可从主板初始化信息中选取一个或者多个信息进行记录，以控制对铁电存储器存储空间的占用。

S2：在外设初始化的过程中，将外设初始化信息记录在铁电存储器中。

在本实施例中，外设初始化信息可包括网口初始化信息，NAND初始化信息和PCI初始化信息。

S3：在内核解压后的内核初始化的过程中，在内核完成初始化地址空间映射后，将内核初始化信息记录在铁电存储器中。

在本实施例中，内核初始化信息可包括内核地址空间映射初始化信息、内存管理初始化信息、系统日期和时间初始化信息、异常处理信息等。

上述各种信息构成多条记录存储在铁电存储器中，并可选择性的记录各条信息，例如可全面记录每条信息，也可记录部分信息，以达到全面反映初始化过程和节省存储空间的平衡。通过本发明的实施例，即可在所述嵌入式设备启动过程发生故障时，通过铁电存储器中的记录，对故障进行定位和分析。

实施例二

在实施例一的基础上，本实施例在主板初始化过程中的时钟初始化完成后，将每条记录的时间信息记录在铁电存储器中，以在故障发生时，根据时间信息还原嵌入式设备的启动过程，快速进行故障的定位和分析。

在基于PowerPC的CPU内，存在时钟计数器，该时钟计数器对CPU的时钟进行计数，因此，该时钟计数器的值随着CPU时钟一直递增。在本实施例中，在进行每条记录时，获取时钟计数器的值，并对时钟计数器的值进行记录；或者基于时钟计数器的值和硬件设计给定的时钟频率，对上电到记录时的时间进行记录。

当进行故障分析时，工程师能够基于铁电存储器中记录的时间信息来对嵌入式设备的启动过程进行还原，并结合铁电存储器FRAM中的记录快速地进行故障分析。

实施例三

在实施例一或实施例二的基础上，本实施例引入了记录头的概念，即在铁电存储器中存储有记录头，如表1所示，记录头包括记录标志、记录总次数，下一条记录索引和记录区总大小。其中，记录标志，用于标识铁电存储器的存储空间，表示为DLOG+MAGIC*CODE的字符串形式；记录总次数，表示将记录的次数进行累加得到的记录次数；下一条记录索引，用于指示下一条记录的存储位置；记录区总大小表示铁电存储器的存储空间大小。

内容	偏移地址	大小(字节)
			记录标志	0	16
记录总次数	16	4
			下一条记录索引	20	4
记录区总大小	24	4

表1记录头信息表

由表1可以看出，记录标志的偏移地址为0，其大小为16字节；记录总次数的偏移地址为16，其大小为4字节；下一条记录索引的偏移地址为20，其大小为4字节；记录区总大小的偏移地址为24，其大小为4字节。其中，由偏移地址可以看出，各项内容在记录头中的存储位置。

第一次使用所述铁电存储器进行记录时，初始化所述记录头，记录标志＝“DLOG+MAGIC*CODE”，记录总次数＝0，下一条记录索引＝0，记录区总大小为32字节。为了方便，在本实施例中，每条记录的长度固定，大小为64字节。一条记录完成后，将记录总次数加1并更新下一条记录索引。当记录区写满后，下一条记录索引为0，进行循环记录，以高效利用铁电存储器的存储空间。

具体的，参见图2，图2为铁电存储器中存储区的存储示意图。在本实施例中，每条记录信息在逻辑上采用循环记录的方式来存储，记录信息按照下一条记录索引写入相应的存储位置，存储位置表示为第一存储位置ERR_LOG_0，第二存储位置ERR_LOG_1......,第n+1存储位置ERR_LOG_n)，当所有存储位置都已存储了记录信息时，将从初始位置，即ERR_LOG_0处开始覆盖写入。下一条记录索引可以指向本条记录的末尾位置，接续本条记录，也可以指向根据算法确定的其它存储位置。即在铁电存储器中，每条记录在物理上可以是顺序排列的，也可以是无序排列的。另外，在嵌入式设备没有完成启动而发生了重启的情况下，在铁电存储器已有启动记录的基础上，继续记录启动过程。

实施例四

本实施例提供一种嵌入式设备，嵌入式设备具有CPU，CPU连接有铁电存储器，铁电存储器根据实施例一到实施例三中任一项所述的嵌入式设备的启动诊断方法，记录嵌入式设备的启动过程信息。在嵌入式设备启动过程发生故障时，通过铁电存储器中的记录，对故障进行定位和分析。

本实施例还提供一种存储介质，存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，实现实施例一到实施例三中任一项方法。

本发明能够在嵌入式设备一上电，以及操作系统未运行到可操作状态，就进行日志记录。本发明通过将嵌入式设备的启动过程记录在铁电存储器中，不依赖文件系统，避免文件系统故障的影响，提高记录的可靠行。

结合本文中公开的实施例描述的方法或算法的步骤可直接在硬件中、在由处理器执行的软件模块中、或在这两者的组合中体现。软件模块可驻留在RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动盘、CD-ROM、或本领域中所知的任何其他形式的存储介质中。示例性存储介质耦合到处理器以使得该处理器能从/向该存储介质读取和写入信息。在替换方案中，存储介质可以被整合到处理器。处理器和存储介质可驻留在ASIC中。ASIC可驻留在用户终端中。在替换方案中，处理器和存储介质可作为分立组件驻留在用户终端中。

以上实施例仅是本发明的具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以存在许多变形。凡是本领域的普通技术人员能以本发明公开的内容直接导出或是联想到的所有变形均应被认为是本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种嵌入式设备的启动诊断方法，所述嵌入式设备具有CPU，其特征在于，所述CPU连接有铁电存储器，所述方法包括以下步骤：

S1：在所述CPU完成初始化后，在主板初始化的过程中，将主板初始化信息记录在所述铁电存储器中；

S2：在外设初始化的过程中，将外设初始化信息记录在所述铁电存储器中，以在所述嵌入式设备启动过程发生故障时，通过所述铁电存储器中的记录，对故障进行定位和分析。

2.根据权利要求1所述的嵌入式设备的启动诊断方法，其特征在于：所述方法还包括：

S3：在内核解压后的内核初始化的过程中，在内核完成初始化地址空间映射后，将内核初始化信息记录在所述铁电存储器中。

3.根据权利要求1或2所述的嵌入式设备的启动诊断方法，其特征在于：所述主板初始化包括时钟初始化，在时钟初始化完成后，将时间信息记录在所述铁电存储器中，以在故障发生时，根据时间信息还原所述嵌入式设备的启动过程，快速进行故障的定位和分析。

4.根据权利要求1或2所述的嵌入式设备的启动诊断方法，其特征在于：在所述嵌入式设备没有完成启动而发生了重启的情况下，在所述铁电存储器已有启动记录的基础上，继续记录启动过程；

其中，所述启动过程包括CPU初始化，主板初始化，外设初始化、加载内核，解压内核，内核初始化和创建内核进程。

5.根据权利要求3所述的嵌入式设备的启动诊断方法，其特征在于：

所述主板初始化信息包括下列各项中的至少一项：时钟初始化信息，串口初始化信息和内存初始化信息；

所述外设初始化信息包括下列各项中的至少一项：网口初始化信息，NAND初始化信息和PCI初始化信息；

所述内核初始化信息包括下列各项中的至少一项：内核地址空间映射初始化信息、内存管理初始化信息、系统日期和时间初始化信息；

其中，每种信息构成一条记录存储在所述铁电存储器中，所述时间信息为每条记录的时间信息。

6.根据权利要求1所述的嵌入式设备的启动诊断方法，其特征在于：所述铁电存储器内存储有记录头，所述记录头包括记录标志、记录总次数，下一条记录索引和记录区总大小，其中，所述下一条记录索引用于指示下一条记录的存储位置。

7.根据权利要求6所述的嵌入式设备的启动诊断方法，其特征在于：第一次使用所述铁电存储器进行记录时，初始化所述记录头，使得记录标志以字符串的形式表示，记录总次数为0，下一条记录索引为0，记录区总大小为32字节。

8.根据权利要求7所述的嵌入式设备的启动诊断方法，其特征在于：一条记录完成后，将所述记录总次数加1并更新所述下一条记录索引。

9.根据权利要求7所述的嵌入式设备的启动诊断方法，其特征在于：当所述记录区写满后，将所述下一条记录索引设置为0，以进行循环记录。

10.一种嵌入式设备，所述嵌入式设备具有CPU，其特征在于，所述CPU连接有铁电存储器，所述铁电存储器根据所述权利要求1～9中任一项所述的嵌入式设备的启动诊断方法，记录所述嵌入式设备的启动过程信息。

11.一种存储介质，存储有计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被处理器执行时，实现所述权利要求1～9中任一项所述方法的步骤。

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