CN1302390C

CN1302390C - 一种采用与非闪存作系统存储器的方法

Info

Publication number: CN1302390C
Application number: CNB021253412A
Authority: CN
Inventors: 李建邺; 吴志桥; 肖堃
Original assignee: Lenovo Beijing Ltd
Current assignee: Lenovo Beijing Ltd; Lenovo Mobile Communication Technology Co Ltd
Priority date: 2002-07-25
Filing date: 2002-07-25
Publication date: 2007-02-28
Anticipated expiration: 2022-07-25
Also published as: CN1470991A

Abstract

本发明公开了一种在手持信息设备中采用与非闪存作系统存储器的方法，是将自举程序存储于或非闪存中，其关键在于：同时将操作系统存储于与非闪存中，并采用由自举程序引导操作系统的方式启动系统，通过专用的闪存管理函数对操作系统的存储空间进行管理，以保证其存储的可靠性。

Description

一种采用与非闪存作系统存储器的方法

技术领域

本发明涉及手持信息设备领域，特别是指一种采用与非闪存(NANDFlash)作系统存储器的方法。

背景技术

在传统的手持信息设备中，如个人数字助理(PDA)、掌上电脑等，均采用掩膜只读存储器(Mask ROM)、或非闪存(NOR Flash)等非易失性存储器作为系统软件的存储介质，而将用户数据(User Data)文件存储于与非闪存(NAND Flash)中。其存储结构如图1所示，包括：存储操作系统(OS)及应用程序(AP)的或非闪存(NOR Flash)102、动态随机存储器(DRAM)103和存储用户数据(User Data)文件的与非闪存(NAND Flash)104，NOR Flash 102、DRAM 103和NAND Flash 104分别与中央处理器(CPU)101相连接。

其中，或非闪存(NOR Flash)102是字节寻址的，其单元的排列是并行的，能够随机按字节快速随机读取，允许系统直接读取代码执行，即就地执行(XIP)方式。与非闪存(NAND Flash)104是页面寻址的，其单元的排列是串行的，存贮单元被分成页，由页组成块，存贮单元的读写是以块(block)为单位来进行的，需先将代码下载至DRAM中再执行，不能实现XIP。NAND Flash芯片尺寸小，引脚少，是位成本(bit cost)最低的固态存储器。

由于NOR Flash支持就地执行，所以，通常将操作系统程序存放在NORFlash中，以便用户开机时能直接进入OS启动。一般，当系统正常启动时，中央处理器101将地址码(PC)指针指向NOR Flash 102中存储的操作系统入口，中央处理器101直接从NOR Flash读取操作系统代码执行。根据代码量大小不同，所使用的NOR Flash容量在几兆字节到几十兆字节之间，而且随着功能的增多，代码量也在急剧增加，相应的NOR Flash容量也要加大。那么在手持信息设备中，NOR Flash的成本将会占手持信息设备总成本相当大的比例。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种采用与非闪存作系统存储器的方法，使得NAND Flash能够代替NOR Flash作为系统软件的存储介质，进而降低手持信息设备的成本。

为了达到上述目的，本发明提供了一种采用与非闪存(NAND Flash)作系统存储器的方法，将自举程序存储于或非闪存中，其关键在于：同时将操作系统(OS)存储于与非闪存(NAND Flash)中，CPU的地址码指针指向复位陷阱的地址空间，运行存储于或非闪存中的自举程序，该自举程序将存储于与非闪存中的操作系统拷贝到DRAM中；该与非闪存(NAND Flash)中还可进一步存储有应用程序(AP)。

所述运行存储于或非闪存中的自举程序之前，进一步包括：判断动态随机存储器(DRAM)中是否已存在操作系统准备好(OS Ready)标志，如果没有，则运行所述自举程序；否则，直接执行DRAM中的操作系统程序。

将操作系统存储于与非闪存之前，进一步包括：在或非闪存(NOR Flash)中预先设置一段连续的存储空间，该段存储空间的每一比特位对应与非闪存(NAND Flash)的一个块。

将操作系统存储于与非闪存包括：

a.检查与非闪存的每个块，如果为坏块，则置该块对应的标记位为0，否则，置该块对应的标记位为1；

b.将操作系统写入与非闪存(NAND Flash)时，先检查当前块对应的标记位是否为0，如果是，则跳到当前块的下一块，继续检查；否则，在当前块写入操作系统的当前内容。

步骤a之前可进一步包括：擦除与非闪存的原操作系统的全部存储空间。

那么，将存储于与非闪存中的操作系统拷贝到DRAM中之前，进一步包括：检查与非闪存(204)的当前块对应的标记位是否为0，如果是，则跳到当前块的下一块，继续检查；否则，读出当前块中操作系统的内容拷贝到DRAM(203)中。

将操作系统存储于与非闪存(204)中是：自举程序通过以太网卡、或通用串行总线(USB)、或RS232串口、或标准闪存(CF)卡与独立计算机或计算机网络连接完成的。

将操作系统存储于与非闪存中包括：先将操作系统代码传给自举程序，再由自举程序将操作系统代码写入与非闪存(NAND Flash)中。

本发明通过用NAND Flash替代NOR Flash作为系统程序的存储介质，并在设备启动时通过自举程序将操作系统拷贝到DRAM中执行，在明显降低手持信息设备成本的同时，保证手持信息设备启动时操作系统能够正常运行。另外，本发明对存储操作系统的NAND Flash进行单独的管理，以提高操作系统存储的可靠性。

附图说明

图1为现有技术中手持信息设备的存储结构图；

图2为本发明中手持信息设备的存储结构图；

图3为与非闪存(NAND Flash)与中央处理器(CPU)的管脚连接图；

图4为本发明中操作系统启动时的实施过程流程图；

图5为本发明中自举程序选择界面的示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步的详细描述。

图2为本发明所采用的存储结构图，如图2所示，本发明用于存储的硬件结构与现有技术大体相同，只是本发明中操作系统(OS)和应用程序(AP)的存储位置与现有技术不同。本发明采用一片容量较小的，约一两百K字节的NOR Flash 202来存储自举程序(Boot Loader)，而将操作系统(OS)、应用程序(AP)连同用户数据文件一起存储于容量较大的NAND Flash 204中。NOR Flash 202连接到包含CPU 201复位陷阱的地址空间，NAND Flash204连接到CPU 201的系统地址空间上，通过CPU内部的硬件逻辑部件映射为输入/输出(I/O)端口，CPU 201通过访问设备方式对NAND Flash 204进行读写操作。实际上，操作系统(OS)、应用程序(AP)也可以和用户数据分别存储于不同的NAND Flash。

由于NAND Flash不能实现就地执行，本发明是通过自举程序将操作系统拷贝到DRAM中执行。当系统第一次启动时，CPU 201的地址码指针指向复位陷阱，开始执行NOR Flash 202中的自举程序；自举程序将存储在NAND Flash 204中的操作系统(OS)代码拷贝到动态随机存储器(DRAM)203中；拷贝结束后将CPU 201的地址码指针指向DRAM 203中操作系统(OS)的入口，CPU 201开始执行操作系统(OS)代码，完成操作系统(OS)的启动。当要运行某个应用程序(AP)时，由操作系统(OS)将NAND Flash204中所需的应用程序(AP)代码拷贝到DRAM 203中执行。

对NAND Flash的读写由CPU来控制，NAND Flash与CPU的管脚连接关系如图3所示，NAND Flash 302中的片选管脚CE与CPU 301中的片选管脚CS1相连；NAND Flash 302中的读写管脚RE和WE分别与CPU 301的读写管脚RD和WE相连，用于控制读写；NAND Flash 302中的输入/输出管脚IO0～IO7分别与CPU 301的数据管脚D0～D7相连，用来传输数据信息；NAND Flash 302中的忙闲状态管脚R/BY与CPU 301中的GPIO1管脚相连，用来判断NAND Flash芯片的当前状态是Ready还是Busy；NANDFlash 302中的命令锁存使能管脚CLE与CPU 301中的GPIO2管脚相连，用于控制命令存储；NAND Flash 302中的地址锁存使能管脚ALE与CPU 301中的GPIO3管脚相连，用来控制地址或数据的存储；NAND Flash 302中的写保护管脚WP与CPU 301中的GPIO4管脚相连，用于判断当前是否可向NAND Flash写入数据。通过上述连接关系，可将与NAND Flash 302上所选的块地址写入CPU 301中，然后读取该块上的内容。

基于上述存储结构和读写结构，手持信息设备正常启动及运行至少包括以下的步骤，如图4所示：

步骤401：当手持信息设备启动时，首先要配置DRAM，主要是配置一些DRAM工作所需的基本参数，比如DRAM中行的数目、列的数目、刷新周期等等。

步骤402：然后在DRAM上察看是否存在表示操作系统(OS)已拷贝的OS Ready标志？如果没有OS Ready标志，则执行步骤403；否则，执行步骤411。

步骤403～步骤406：CPU的地址码指针指向复位陷阱的地址空间，开始运行存储于NOR Flash中的自举程序，该自举程序通过访问设备方式将存放在NAND Flash中的操作系统(OS)代码拷贝到DRAM中。当DRAM中操作系统(OS)代码拷贝结束后，CPU的地址码指针指向DRAM中操作系统(OS)的入口，启动操作系统(OS)并建立表示操作系统(OS)已拷贝的OS Ready标志。在本实施例中，使用的CPU是ARM公司的，其结构特点是从0地址启动；当CPU在休眠状态被唤醒时，入口也是0地址，因此建立OS Ready标志避免了操作系统(OS)的重复拷贝。

步骤407：系统启动后，判断是否需要运行某个应用程序(AP)，如果需要，则执行步骤408；否则，执行步骤410进行等待。

步骤408～步骤409：操作系统(OS)在NAND Flash中找到要运行的应用程序，并将该应用程序(AP)拷贝至DRAM中，在DRAM上运行该应用程序(AP)。

步骤411～步骤414：判断是否要进入自举程序的启动选择界面？如果需要，则进入启动选择界面，该界面示意图如图5所示，然后按功能键REC选择所需的接口选项，被选中的项目会改变颜色，按APP1键确定，然后再执行步骤403；否则，跳转至DRAM上的操作系统(OS)入口地址，然后执行步骤407。

实际上，本发明除了正常的系统运行外，主要包括三个动作：冷启动、热启动和启动选择，其中，冷启动(Cold Boot)是指在系统首次启动或复位时未找到OS Ready标志，需要重新向DRAM中拷贝操作系统代码并设置OS Ready标志，如图4中模块415所示；热启动(Warm Boot)是指系统在复位时找到OS Ready标志，并且当前不需要进行启动选择，如图4中模块416所示；启动选择是指在复位后找到OS Ready标志的情况下，如果需要进行启动选择，则按设定的功能键进入选择界面和流程，如图4中模块417所示。

本发明中的自举程序除了引导操作系统(OS)拷贝至DRAM外，还具有管理Flash和下载操作系统(OS)代码的功能。所谓引导操作系统，就是上面所述的当系统启动DRAM中没有操作系统(OS)时，需要将操作系统(OS)代码拷贝到DRAM中。下载操作系统(OS)代码是指手持信息设备中没有操作系统代码或操作系统代码需要更新时，手持信息设备可以通过通用串行总线(USB)、RS232串口、以太网卡、标准闪存(CF)卡等连接方式与独立的计算机或计算机网络相连，将操作系统(OS)代码传给自举程序，再由自举程序调用Flash管理函数，将操作系统(OS)代码写入NANDFlash中。Flash的管理功能主要是指对存储操作系统代码的Flash存储空间进行管理，虽然现有技术中已存在对NAND Flash的管理，但现有技术中NAND Flash只存储用户数据，用户数据的特点是要频繁更改(写操作)，而操作系统则不会频繁更改(写操作)。

针对NAND Flash是以块(block)为存储单元的特点，本发明在自举程序中设置了专用于管理和操作操作系统部分Flash存储空间的Flash管理函数。该函数的主要功能就是：在每次刷新OS代码时标记坏块，以及在读写操作系统代码时指示坏块。由于每个块包含512字节，只要该块中有一比特位(bit)被损坏，该块(block)将全部不能使用，而NAND Flash在擦写过程中又容易被损坏。因此，为了避免将操作系统代码写入坏块，必须在擦写时标记出坏块；而标记出坏块后，操作系统代码存储时就需要跳过坏块，自然会出现读写地址不连续的现象，那么，在下载操作系统(OS)代码的过程中，就需要调用自举程序中设置的专用Flash管理函数，对NAND Flash中对应操作系统代码的存储块进行管理。

该Flash管理函数在一次下载操作系统(OS)代码过程中的具体操作是这样的：

a.当需要下载操作系统代码时，Flash管理函数首先将NAND Flash中原有的操作系统(OS)代码全部擦除。

b.然后对NAND Flash该段存储空间进行坏块检查并对坏块做出标记。本实施例中所采用的标记方法是：在存储自举程序的NOR Flash中预先留出一段连续的地址空间，将NAND Flash中的每一块与这段连续地址空间的每一比特位建立一一对应的关系。如果检查该位对应的块是好的，则该比特位设置为1；如果检查出该位对应的块是坏的，则设置该比特位为0。

c.当通过Flash管理函数将操作系统(OS)代码顺序写入NAND Flash相应的存储空间时，Flash管理函数会先查找当前块对应的标记位，即检查该块的好坏，如果是好块则进行正常写入操作；如果标记位为0，即该块是坏块，则Flash管理函数会自动避开该块，自动跳到下一块继续进行检查和写入操作。

同样，在将NAND Flash中存储的操作系统(OS)代码拷贝至DRAM中时，也通过Flash管理函数对NAND Flash的块进行检查：如果是好块，即NOR Flash中与之相对应的比特位值为1，就将该块中的内容顺序拷贝到DRAM中；如果是坏块，即NOR Flash中与之相对应的比特位值为0，就自动跳到下一块进行检查和读出操作。

如此，即可在进行操作系统代码读写操作时，避免由于坏块的出现而产生的地址不连续、操作无法进行的情况。

总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims

1、一种采用与非闪存作系统存储器的方法，将自举程序存储于或非闪存(202)中，其特征在于，同时将操作系统存储于与非闪存(204)中，中央处理器CPU(201)的地址码指针指向复位陷阱的地址空间，运行存储于或非闪存(202)中的自举程序，该自举程序将存储于与非闪存(204)中的操作系统拷贝到动态随机存储器DRAM(203)中。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述运行存储于或非闪存(202)中的自举程序之前，进一步包括：判断DRAM(203)中是否已存在操作系统准备好标志，如果没有，则运行所述自举程序；否则，直接执行DRAM(203)中的操作系统。

3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括：将应用程序与操作系统一起存储于与非闪存(204)中。

4、根据权利要求1或3所述的方法，其特征在于，将操作系统存储于与非闪存(204)之前，进一步包括：在或非闪存(202)中预先设置一段连续的存储空间，该段存储空间的每一比特位对应与非闪存(204)的一个块。

5、根据权利要求4所述的方法，其特征在于，将操作系统存储于与非闪存(204)包括：

a.检查与非闪存(204)的每个块，如果为坏块，则置该块对应的标记位为0，否则，置该块对应的标记位为1；

b.将操作系统写入与非闪存(204)时，先检查当前块对应的标记位是否为0，如果是，则跳到当前块的下一块，继续检查；否则，在当前块写入操作系统的当前内容。

6、根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤a之前进一步包括：擦除与非闪存(204)的原操作系统的全部存储空间。

7、根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述将存储于与非闪存(204)中的操作系统拷贝到DRAM(203)中之前，进一步包括：检查与非闪存(204)的当前块对应的标记位是否为0，如果是，则跳到当前块的下一块，继续检查；否则，读出当前块中操作系统的内容拷贝到DRAM(203)中。

8、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将操作系统存储于与非闪存(204)中是：自举程序通过以太网卡、或通用串行总线、或RS232串口、或标准闪存卡与独立计算机或计算机网络连接完成的。

9、根据权利要求1或8所述的方法，其特征在于，将操作系统存储于与非闪存(204)中包括：先将操作系统代码传给自举程序，再由自举程序将操作系统代码写入与非闪存(204)中。