CN112883384A - 一种强鲁棒性的嵌入式计算机引导加载程序的保护方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于机载嵌入式计算机领域，提供一种强鲁棒性的嵌入式计算机引导加载程序的保护方法，该方法将引导加载程序同时固化在SPI FLASH和NOR FLASH上，将SPI FLASH作为双余度设计中的备份电路使用；每次上电时，中央控制单元中的逻辑程序对NOR FLASH中的引导加载程序代码进行CRC校验，当校验失败，所述逻辑程序通过切换处理器启动方式，切换到SPI FLASH启动方式，先将SPI FLASH中的引导加载程序搬运到DDR3内存中，然后再将DDR3内存中的引导加载程序复制到NOR FLASH中，然后逻辑程序切换到LBC启动方式，通过NOR FLASH启动引导加载程序，最终实现自动烧写引导加载程序。此方法不需要借助烧写设备或者将产品返厂，节省了时间，降低了操作复杂度，具有良好的鲁棒性。

Description

一种强鲁棒性的嵌入式计算机引导加载程序的保护方法
技术领域
本发明属于机载嵌入式计算机领域，具体涉及一种强鲁棒性的嵌入式计算机引导加载程序的保护方法。
背景技术
机载嵌入式计算机系统发展速度快、集成度高、技术复杂，一般采用处理器+FPGA+FLASH+DDR3+其它硬件接口资源等架构。通常机载嵌入式计算机系统程序包括引导加载程序、操作系统、驱动和应用程序几部分组成。目前，大多数嵌入式计算机的引导加载程序存放在NOR FLASH中。NOR FLASH的管脚数量多，采用直接寻址进行数据访问，读写数据不容易出错，且代码可以在NOR FLASH中执行。但是这种设计存在一种问题，当使用人员在外场使用时，误操作将引导加载程序冲掉后，导致引导加载程序无法启动，计算机系统变“砖”时，往往需要携带沉重的烧写设备或者将产品返厂才能重新烧写引导加载程序，为使用造成了不便。
发明内容
本发明的目的是提供一种强鲁棒性的嵌入式计算机引导加载程序的保护方法，实现在外场环境中，当引导加载程序被误操作删除或修改时实现自动检测并自动烧写引导加载程序，节省了时间，降低了操作复杂度，具有良好的鲁棒性。
为了实现上述任务，本发明采用以下技术方案：
一种强鲁棒性的嵌入式计算机引导加载程序的保护方法，其特征在于，所述方法应用于机载嵌入式计算机系统中，所述机载嵌入式计算机系统包括中央控制单元、处理器、DDR3内存、SPI FLASH以及NOR FLASH；所述方法包括：
将引导加载程序同时固化在SPI FLASH和NOR FLASH上，将SPI FLASH作为双余度设计中的备份电路使用；每次上电时，中央控制单元中的逻辑程序对NOR FLASH中的引导加载程序代码进行CRC校验，当校验失败，所述逻辑程序通过切换处理器启动方式，切换到SPIFLASH启动方式，先将SPI FLASH中的引导加载程序搬运到DDR3内存中，然后再将DDR3内存中的引导加载程序复制到NOR FLASH中，然后逻辑程序切换到LBC启动方式，通过NOR FLASH启动引导加载程序，最终实现自动烧写引导加载程序。
进一步地，所述机载嵌入式计算机系统采用FT-2000A/2处理器和中央控制单元作为控制核心，FT-2000A/2处理器同时支持SPI接口和LBC接口；配置SPI接口和LBC接口复用所述DDR3内存中的0-1GB的地址空间，且配置LBC接口和SPI接口不可同时使用；
FT-2000A/2处理器的BOOT ROM映射地址选择模式由spi_lbc_select管脚来配置，当spi_lbc_select＝0时，SPI接口使用所述的地址空间；当spi_lbc_select＝1时，LBC接口使用所述地址空间。
进一步地，配置spi_lbc_select离散量默认值为1，默认从LBC接口，即通过LBC启动方式启动计算机。
进一步地，所述对引导加载程序代码进行CRC校验时，当检测到引导加载程序被删除或修改时，则认为校验失败。
进一步地，所述对NOR FLASH中的引导加载程序代码进行CRC校验的过程为：
所述中央控制单元上还搭载有NvSRAM，其中集成有通过离线生成的正确的引导加载程序；
中央控制单元中的逻辑程序在线计算NOR FLASH中引导加载程序代码中的数据段校验码，与所述正确的引导加载程序的CRC校验码进行比较，若相等，继续执行后续程序；若不相等，则在NvSRAM通过变量记录此次引导加载程序启动故障，等待下一步操作。
进一步地，每次上电时，程序对NOR FLASH中的代码进行CRC校验，当校验失败则将则NvSRAM中的变量boot_error_flga赋值为1，再将spi_lbc_select离散量赋值为0，此时程序通过切换处理器启动方式，切换到SPI FLASH启动。
进一步地，当切换到SPI FLASH启动后：
中央控制单元启动逻辑程序中的软件全局复位，待系统复位后通过SPIFLASH启动方式进行启动，逻辑程序先将SPI FLASH中的引导加载程序搬运至DDR3内存，然后逻辑程序将spi_lbc_select离散量赋值为1，即启动方式变回LBC启动，接着，将DDR3内存中的数据复制至NOR FLASH。
与现有技术相比，本发明具有的优点效果是：
本发明提供一种强鲁棒性的嵌入式计算机引导加载程序的保护方法，通过将引导加载程序同时固化在SPI FLASH和NOR FLASH上，将SPI FLASH作为双余度设计中的备份电路使用，每次上电时，程序对NOR FLASH中的代码进行CRC校验，当校验失败即检测到引导加载程序被删除或修改时，程序则通过切换处理器启动方式，切换到SPI FLASH启动方式，先将SPI FLASH中的数据搬运到DDR3中，然后再将DDR3的数据复制到NOR FLASH中，实现了自动烧写引导加载程序。此方法不需要借助烧写设备或者将产品返厂，节省了时间，降低了操作复杂度，具有良好的鲁棒性。在外场发生引导加载程序被误操作删除或修改时，程序可实现自动检测并自动烧写引导加载程序，节省了时间，降低了操作复杂度，具有良好的鲁棒性。
附图说明
图1是机载嵌入式计算机的结构框图；
图2是自动固化引导加载程序的流程图；
图3是自动固化引导加载程序的代码。
具体实施方式
本发明提供一种强鲁棒性的嵌入式计算机引导加载程序的保护方法。该方法在上电时对NOR FLASH中的引导加载程序进行CRC校验，当CRC校验失败即检测到引导加载程序被删除或修改时，程序可实现自动烧写引导加载程序，对于外场环境来说，不需要借助烧写设备或者将产品返厂，节省了时间，降低了操作复杂度，具有良好的鲁棒性。
本发明以FT-2000A/2处理器举例。FT-2000A/2处理器同时支持SPI接口和LBC接口。其中，SPI和LBC复用0-1GB的地址空间，且LBC和SPI不可同时使用，FT-2000A/2处理器的BOOT ROM映射地址选择模式由spi_lbc_select管脚来配置，当spi_lbc_select＝0时，SPI使用0-1GB；当spi_lbc_select＝1时，LBC使用0-1GB。本发明利用FT-2000A/2处理器具有选择SPI启动或者LBC启动的特点，实现SPI和LBC的切换。将SPI FLASH和NOR FLASH都接到FPGA上，通过FPGA的逻辑切换，来选择从哪一个设备与处理器通信。
本发明采用FPGA负责整个嵌入式计算机系统的控制逻辑，如处理器启动方式控制、复位控制、地址译码以及总线转换等。本发明中，处理器启动方式离散量spi_lbc_select输入至FPGA，实现LBC和SPI两种方式的处理器启动。
本发明中，SPI FLASH为备份电路，存放引导加载程序。串行外围设备接口SPI(serial peripheral interface)是Motorola公司推出的一种全双工同步串行总线，由一个主设备和一个或多个从设备组成，主设备启动一个与从设备的同步通信，从而完成数据的交换。SPI接口由串行时钟总线(SCK)、主机输入/从机输出数据线(MISO)、主机输出/从机输入数据线(MOSI)、低电平有效从机选择线(CS)共4种信号构成。
本发明采用nvSRAM与中央逻辑控制单元FPGA采用局部并行总线通信，作为FPGA的从设备，实现CRC校验码和引导加载程序异常时的故障信息boot_error_flag的存储。
以下结合实施例对本发明作进一步详细说明：
参见图1，本发明涉及机载嵌入式计算机系统，采用处理器FT-2000A/2+中央逻辑控制单元FPGA+DDR3+SPI FLASH+NOR FLASH+其他硬件资源的架构。其中，FT-2000A/2处理器同时支持SPI接口和LBC接口。SPI和LBC复用0-1GB的地址空间，且LBC和SPI不可同时使用，FT-2000A/2处理器的BOOT ROM映射地址选择模式由spi_lbc_select管脚来配置，当spi_lbc_select＝0时，SPI使用0-1GB；当spi_lbc_select＝1时，LBC使用0-1GB。在本系统中，spi_lbc_select离散量默认值为1，即从LBC启动计算机。
参见图2，机载嵌入式系统启动时，当出现引导加载程序被误操作删除或修改时，程序自动检测并重新固化引导加载程序的过程。
通过将引导加载程序同时固化在SPI FLASH和NOR FLASH上，将SPI FLASH作为双余度设计中的备份电路使用，每次上电时，程序对NOR FLASH中的代码进行CRC校验，当校验失败即检测到引导加载程序被删除或修改时，程序则通过切换处理器启动方式，切换到SPIFLASH启动，将SPI FLASH中的数据搬运到DDR3中，然后再将DDR3的数据复制到NOR FLASH中，实现了自动烧写引导加载程序。此方法不需要借助烧写设备或者将产品返厂，节省了时间，降低了操作复杂度，具有良好的鲁棒性。
在系统中，NOR FLASH中保存引导加载程序、操作系统、驱动和应用程序等。SPIFLASH中保存引导加载程序作为双余度设计中的备份电路使用。NvSRAM保存CRC校验码和引导加载程序异常时的故障信息boot_error_flag，boot_error_flag默认值为0。
NOR FLASH校验：采用CRC校验的方式，在线计算NOR FLASH引导加载程序代码中的数据段校验码，与保存在NvSRAM的CRC校验码(CRC校验码都是离线生成并且重新集成进来的)进行比较。若相等，继续执行后续程序；若不相等，则在NvSRAM通过变量boot_error_flag＝1记录引导加载程序启动故障，等待下一步操作。校验的目的是为了检查保存在NORFLASH中的内容，确保其在执行或者拷贝过程中，信息源头不出错。当启动引导过程中各CRC校验都通过时，可以进行SDRAM代码段拷贝。
每次上电时，程序对NOR FLASH中的代码进行CRC校验，当校验失败即检测到引导加载程序被删除或修改时，则将NvSRAM中boot_error_flga赋值为1，再将spi_lbc_select离散量赋值为0，即程序通过切换处理器启动方式，切换到SPI FLASH启动。
然后，FPGA启动软件全局复位，待系统复位后通过SPIFLASH启动方式进行启动，程序先将SPI FLASH中的数据被搬运至DDR3。其次，程序将spi_lbc_select离散量赋值为1，即启动方式变回LBC启动。接着，将DDR3中的数据复制至NOR FLASH。至此，程序完成了对NORFLASH引导加载程序的烧写。
最后，将boot_error_flga置默认值0。
参见图3，程序对NOR FLASH完成烧写的整个过程。其中，NOR FLASH的烧写包括擦除FLASH、烧写FLASH、校验FLASH和回读FLASH。
本发明通俗易懂，便于掌握，已经成功应用于某型号网络交换计算机样机中，经过实际应用证明，方法可靠有效，操作方便，节省时间。
以上实施例仅用于说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行同等替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种强鲁棒性的嵌入式计算机引导加载程序的保护方法，其特征在于，所述方法应用于机载嵌入式计算机系统中，所述机载嵌入式计算机系统包括中央控制单元、处理器、DDR3内存、SPI FLASH以及NOR FLASH；所述方法包括：
将引导加载程序同时固化在SPI FLASH和NOR FLASH上，将SPI FLASH作为双余度设计中的备份电路使用；每次上电时，中央控制单元中的逻辑程序对NOR FLASH中的引导加载程序代码进行CRC校验，当校验失败，所述逻辑程序通过切换处理器启动方式，切换到SPIFLASH启动方式，先将SPI FLASH中的引导加载程序搬运到DDR3内存中，然后再将DDR3内存中的引导加载程序复制到NOR FLASH中，然后逻辑程序切换到LBC启动方式，通过NOR FLASH启动引导加载程序，最终实现自动烧写引导加载程序。
2.根据权利要求1所述的强鲁棒性的嵌入式计算机引导加载程序的保护方法，其特征在于，所述机载嵌入式计算机系统采用FT-2000A/2处理器和中央控制单元作为控制核心，FT-2000A/2处理器同时支持SPI接口和LBC接口；配置SPI接口和LBC接口复用所述DDR3内存中的0-1GB的地址空间，且配置LBC接口和SPI接口不可同时使用；
FT-2000A/2处理器的BOOT ROM映射地址选择模式由spi_lbc_select管脚来配置，当spi_lbc_select＝0时，SPI接口使用所述的地址空间；当spi_lbc_select＝1时，LBC接口使用所述地址空间。
3.根据权利要求2所述的强鲁棒性的嵌入式计算机引导加载程序的保护方法，其特征在于，配置spi_lbc_select离散量默认值为1，默认从LBC接口，即通过LBC启动方式启动计算机。
4.根据权利要求1所述的强鲁棒性的嵌入式计算机引导加载程序的保护方法，其特征在于，所述对引导加载程序代码进行CRC校验时，当检测到引导加载程序被删除或修改时，则认为校验失败。
5.根据权利要求1所述的强鲁棒性的嵌入式计算机引导加载程序的保护方法，其特征在于，所述对NOR FLASH中的引导加载程序代码进行CRC校验的过程为：
所述中央控制单元上还搭载有NvSRAM，其中集成有通过离线生成的正确的引导加载程序；
中央控制单元中的逻辑程序在线计算NOR FLASH中引导加载程序代码中的数据段校验码，与所述正确的引导加载程序的CRC校验码进行比较，若相等，继续执行后续程序。
6.根据权利要求5所述的强鲁棒性的嵌入式计算机引导加载程序的保护方法，其特征在于，若不相等，则在NvSRAM通过变量记录此次引导加载程序启动故障，等待下一步操作。
7.根据权利要求1所述的强鲁棒性的嵌入式计算机引导加载程序的保护方法，其特征在于，每次上电时，程序对NOR FLASH中的代码进行CRC校验，当校验失败则将则NvSRAM中的变量boot_error_flga赋值为1，再将spi_lbc_select离散量赋值为0，此时程序通过切换处理器启动方式，切换到SPI FLASH启动。
8.根据权利要求1所述的强鲁棒性的嵌入式计算机引导加载程序的保护方法，其特征在于，当切换到SPI FLASH启动后：
中央控制单元启动逻辑程序中的软件全局复位，待系统复位后通过SPIFLASH启动方式进行启动，逻辑程序先将SPI FLASH中的引导加载程序搬运至DDR3内存，然后逻辑程序将spi_lbc_select离散量赋值为1，即启动方式变回LBC启动，接着，将DDR3内存中的数据复制至NOR FLASH。
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