KR20030003945A - 임베디드 컴퓨터 시스템의 다중 부트모드 구현방법 및부트모드 전환장치 - Google Patents

임베디드 컴퓨터 시스템의 다중 부트모드 구현방법 및부트모드 전환장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 운영체제를 필요로 하는 임베디드 환경의 시스템에 다이그노스틱 기능을 갖는 디버그 프로그램과 시스템 운용에 필요한 메인 시스템 프로그램을 별도로 두어 운용목적에 따라 운용자가 부트모드를 선택할 수 있도록 하여 시스템의 유연성을 증대시킨 임베디드 컴퓨터 시스템의 다중 부트모드 구현방법 및 부트모드 전환장치를 제공하는 것으로, 이러한 본 발명의 방법은, 임베디드 컴퓨터 시스템에 전원이 입력되면 부트코드가 시작되어 중앙처리장치를 초기화하고 각종 디바이스들의 설정을 초기화하는 단계와; 중앙처리장치가 설정된 부트모드 비트를 읽어들여 부트모드를 판정하며, 디버깅 프로그램 모드일 경우에는 디버깅용 프로그램 영역으로 점프하여 디버깅용 프로그램을 수행하고, 시스템 프로그램 모드일 경우에는 시스템 프로그램 영역으로 점프하여 시스템 프로그램을 구동시키는 단계를 포함하여 이루어져, 부팅시 디버깅 프로그램과 시스템 소프트웨어 구동이 선택적으로 이루어지도록 함으로써 순수하게 하드웨어 부팅 영역에 할당되는 플래시 메모리 공간을 저감시키고 부팅시간을 단축시킬 수 있다.

Description

임베디드 컴퓨터 시스템의 다중 부트모드 구현방법 및 부트모드 전환장치 {Method for operating multiple boot modes in an embedded computer system, and apparatus for exchanging boot mode in the same system}
본 발명은 임베디드 컴퓨터 시스템(Embedded Computer System)의 다중 부트모드에 관한 것으로, 보다 상세하게는 운영체제를 필요로 하는 임베디드 환경의 시스템에 다이그노스틱 기능을 갖는 디버그 프로그램과 시스템 운용에 필요한 메인 시스템 프로그램을 별도로 두어 운용목적에 따라 운용자가 부트모드를 선택할 수 있도록 하여 시스템의 유연성을 증대시키기 위한 임베디드 컴퓨터 시스템의 다중 부트모드 구현방법 및 부트모드 전환장치에 관한 것이다.
임베디드 컴퓨터 시스템 또는 내장형 컴퓨터 시스템은 무기류나 항공기, 선박, 미사일, 우주선, 고속 교통기관 등의 전자 기계 시스템과 일체로 되어 있는 시스템이다. 일반적으로 임베디드 환경으로 구축된 시스템은 중앙처리장치(CPU)를 갖고 운영체제를 필요로 한다.
도1에는 일반적인 임베디드 시스템의 하드웨어 블록도가 도시되어 있다.
도1에 따르면, 임베디드 환경이 갖는 하드웨어 플랫폼으로는 시스템의 핵심인 중앙처리장치(110)가 있으며, 기본적인 부팅에 필요한 부트메모리(130), 시스템 소프트웨어가 탑재되는 플래쉬 메모리(140), 사용자 인터페이스를 위한 입출력 장치(150), 그리고 소프트웨어의 인스트럭션이 실행되면서 운영체제 및 응용 프로그램의 작업 공간으로 사용되는 임시 메모리 장치인 램(120) 등의 주변장치들과 연결되어 있다.
임베디드 시스템은 전원이 공급될 때마다 중앙처리장치(110)와 사용되는 디바이스를 우선적으로 초기화시켜서 동작 가능하도록 하는 펌웨어(Firmware)인 부트 코드를 갖게 되는데, 이 부트 코드가 정상적으로 수행된 이후에 운영체제를 탐색하여 실제 원하는 응용 소프트웨어가 동작할 수 있도록 하는 과정을 수행한다.
이처럼 제한된 하드웨어 자원을 사용하는 임베디드 형태의 하드웨어 플랫폼 상에 운영체제를 인스톨하는 일련의 과정을 부팅이라 한다.
부팅에 관여하는 코드는 통상적으로 저용량의 롬 메모리를 사용하거나 대용량의 플래쉬 메모리의 일부를 할당하여 사용하기도 한다.
도2에는 종래의 부트 시퀀스가 도시되어 있으며, 도3에는 종래 부트 시퀀스 적용시의 코드 이미지가 도시되어 있다.
도2에 따르면, 종래의 부트 시퀀스는 부팅과정과 응용 프로그램의 구동이 연속선상에서 수행되는 방식이다.
기존의 부팅 모드에서는 시스템에 전원이 인가된 후, 부트 코드가 시작되어 중앙처리장치가 초기화된다. 중앙처리장치는 부팅에 필요한 펌웨어인 부트 코드를 읽어 들여 수행하게 된다(S210~S220).
펌웨어는 하드웨어와 소프트웨어의 중간 위치를 지시하는 것으로, 하드웨어가 정상적으로 동작할 수 있도록 디바이스 드라이버 등을 구동시키는 역할을 하며, 애플리케이션 소프트웨어가 이들 디바이스 드라이버를 호출하여 그 디바이스를 제어하게 된다.
중앙처리장치는 최우선으로 스타트 업(Start-Up) 코드를 수행하게 되는데,여기서는 중앙처리장치의 내부 레지스터 등을 설정하여 사용하고자 하는 모드에 맞추어 초기화시키며 기타 캐시 메모리, 메모리 관리 유니트(MMU) 등의 설정을 하게 된다. 그리고 주변장치인 메모리를 제어하기 위한 메모리 컨트롤러, 인터럽트 컨트롤러 등을 설정하게 된다.
또한, 기타 하드웨어적으로 구성되는 입출력 포트 등의 디바이스 드라이버를 구동하여 시리얼 또는 이더넷 등의 통신포트가 정상적으로 동작할 수 있을 때 비로소 부팅이 가능하게 된다. 여기서 보드 디버깅에 필요한 간단한 애플리케이션 프로그램을 거쳐서 운영체제를 로드하여 초기화시킨 후, 디버깅 프로그램을 시작하고 시스템의 구동에 필요한 애플리케이션 프로그램이 수행되어 시스템 구동이 이루어진다(S230~S250).
도3에 따르면, 부트 시퀀스에 따른 코드 이미지는 부트 시퀀스를 사용하여 생성되는 부트 이미지 및 운영체제, 애플리케이션 이미지와 이의 탑재위치를 나타낸다. 코드 이미지의 경우, 부트용 메모리(310)에는 부트 파일 시스템, 운영체제 커널, 및 디버깅 프로그램이 탑재되며, 플래쉬 메모리(320)에는 운영체제 커널과 메인 시스템 애플리케이션 프로그램이 각각 탑재된다.
그러나 종래의 부팅 모드는 시스템을 디버깅할 수 있는 프로그램과 애플리케이션 프로그램이 함께 로드되기 때문에 코드 이미지 로딩시간이 오래 걸리게 되는 문제점이 있다. 부팅 시간이 길기 때문에 소프트웨어의 유연성과 적응성 향상이 어렵다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위해 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 운영체제를 필요로 하는 임베디드 환경의 시스템에 다이그노스틱 기능을 갖는 디버그 프로그램과 시스템 운용에 필요한 메인 시스템 프로그램을 별도로 두어 운용목적에 따라 운용자가 부트 모드를 선택할 수 있도록 하여 시스템의 유연성을 증대시키기 위한 임베디드 컴퓨터 시스템의 다중 부트모드 구현방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 임베디드 환경의 시스템에 모드 스위치를 두고 부팅시 중앙처리장치가 모드 스위치의 스위칭 상태를 확인하여 부트 모드를 선택할 수 있도록 한 임베디드 컴퓨터 시스템의 부트모드 전환장치를 제공하는 데 있다.
도1은 일반적인 임베디드 시스템의 하드웨어 블록도.
도2는 종래기술에 의한 임베디드 부트 시퀀스의 순서도.
도3은 종래의 부트 시퀀스에 따른 코드 이미지 구성도.
도4는 본 발명의 실시예에 따른 임베디드 컴퓨터 시스템의 다중 부트모드 구현방법의 순서도.
도5는 도4의 실시예에 따른 부트 시퀀스의 코드 이미지 구성도.
도6은 본 발명의 실시예에 따른 임베디드 컴퓨터 시스템의 부트모드 전환장치의 개략도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
610 : 모드 스위치620 : 부트모드 비트
630 : 중앙처리장치640 : 인버터 게이트
650 : 발광 다이오드
상기 목적을 달성한 본 발명에 따른 임베디드 컴퓨터 시스템의 다중 부트모드 구현방법은, 임베디드 컴퓨터 시스템에 전원이 입력되면 부트코드가 시작되어 중앙처리장치를 초기화하고 각종 디바이스들의 설정을 초기화하는 단계와; 중앙처리장치가 설정된 부트모드 비트를 읽어들여 부트모드를 판정하며, 디버깅 프로그램 모드일 경우에는 디버깅용 프로그램 영역으로 점프하여 디버깅용 프로그램을 수행하고, 시스템 프로그램 모드일 경우에는 시스템 프로그램 영역으로 점프하여 시스템 프로그램을 구동시키는 단계를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.
상기 목적을 달성한 본 발명에 따른 임베디드 컴퓨터 시스템의 부트모드 전환장치는, 임베디드 컴퓨터 시스템에 부착된 모드 스위치와; 시스템 전원 인가시 상기 모드 스위치의 온/오프 상태에 따라 비트값이 결정되는 부트모드 비트와; 부팅시 초기화되어 상기 부트모드 비트를 읽어 들이고, 부트모드 비트의 값에 따라 디버깅 프로그램 모드 또는 시스템 프로그램 모드를 선택적으로 수행하기 위한 중앙처리장치를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명한다.
도4는 본 발명의 실시예에 따른 임베디드 컴퓨터 시스템의 다중 부트모드 구현방법의 순서도이고, 도5는 도4의 실시예에 따른 부트 시퀀스의 코드 이미지 구성도이다.
도4에 따르면, 다중 부트모드 구현방법은 시스템 전원의 입력으로 개시된다. 임베디드 컴퓨터 시스템에 전원이 입력되면 부팅이 수행된다.
부팅은 부트 스트랩(Bootstrap)의 수행을 의미하는데, 시스템에 전원이 공급된 후 장착된 하드웨어를 검사하고 운영체제를 로딩하는 일련의 과정이다. PC에 있어서 부팅은 바이오스(BIOS, 또는 Basic Input Output System)라 하여 기본적인 입출력 장치들에 대한 제어 및 관리 등을 수행하게 된다.
부트 스트랩은 특정한 칩에 내장된 펌웨어 형태의 소프트웨어를 의미한다. 부트 스트랩에 의해 전원입력, 중앙처리장치의 초기화, 메모리 및 기타 주변장치의 초기화, 입출력 장치에 대한 검사 등의 POST(Power On Self Test)와 운영체제로의 점프를 통한 애플리케이션 구동이 이루어진다.
그러므로 시스템내 각종 유니트들의 초기화와 기능검사를 수행한 이후 운영체제를 로딩함으로써 애플리케이션 수행을 가능케 하는 일련의 부팅과정에 소요되는 시간은 시스템 초기 기동의 효율성을 결정하는 주요 기준이 된다. 부팅시간은 시스템이 애플리케이션 프로그램을 수행할 수 있게 되는 정상모드로 진입하기까지의 시간을 의미하는데, 이러한 부팅시간의 단축으로 시스템의 적응성 향상을 기대할 수 있다.
부트 시퀀스에서 부팅시간을 단축하기 위해 본 발명은 디버깅 프로그램 수행과 시스템 프로그램 수행을 필수사항으로 하지 않고 선택사항으로 채택하는 기법을 적용한다. 즉 부트모드를 선택할 수 있도록 한 것이다.
본 실시예의 경우, 전원공급에 따라 펌웨어의 부트코드가 시작되고 중앙처리장치의 초기화가 이루어진다(S410~S420).
중앙처리장치를 초기화시키고 기타 하드웨어 디바이스들에 대한 환경 설정 및 초기화를 시작한다(S430).
단계 S430까지의 기본적인 부트 과정이 완료되면, 중앙처리장치는 부트 파일 시스템으로부터 부팅에 필요한 코드를 읽어 들이게 된다.
도5에 따르면, 부트 시퀀스의 코드 이미지는 부트용 메모리(510)와 플래쉬 메모리(520)로 이루어진다. 부트용 메모리(510)에는 부트 파일 시스템이 탑재되고, 플래쉬 메모리(520)에는 운영체제 커널과 디버깅 프로그램 및 메인 시스템 프로그램이 탑재된다.
이러한 코드 이미지는 종래의 코드 이미지와는 다른 구성이며, 다중 부트모드의 실현을 위한 것이다.
그리고 다중 부트모드를 실현하려면 부트모드의 선택상황을 판정하기 위한 레지스터가 필요하다. 부트모드 선택상황은 부트모드 비트에 의해 표시된다. 그래서 중앙처리장치는 부트 파일 시스템을 읽어 들인 후 부트모드 비트를 읽어 부트모드를 판정한다. 중앙처리장치는 읽어 들인 부트모드 비트를 참조하여 부트 모드가 디버깅 프로그램 모드인지 아니면 시스템 프로그램 모드인지를 판정하게 된다. 바람직하게는 부트모드 비트 값은 딥 스위치의 절환으로 결정되도록 한다(S440).
단계 S440에서 디버깅 프로그램 모드로 판단되는 경우, 중앙처리장치는 디버깅 프로그램 영역으로 점프하여 해당 운영체제 커널과 디버깅 프로그램을 수행한다(S450~S460).
이와는 달리 단계 S440에서 시스템 프로그램 모드로 판단되는 경우, 중앙처리장치는 시스템 프로그램 영역으로 점프하여 해당 운영체제 커널과 시스템 프로그램을 수행한다(S470~S480).
본 실시예에서 중앙처리장치가 부트모드를 구분하여 디버깅 프로그램과 시스템 프로그램중 어느 하나만을 수행하는 부팅과정이 이루어지게 됨으로써 부팅의 효율성이 증대된다. 즉 다중 부트모드가 구현됨으로써 부팅시 플래쉬 메모리(520)의 코드 이미지 중에서 일부만이 수행되도록 하는 것이다.
이상으로 다중 부트모드 구현방법의 실시예를 설명하였으며, 이하에서는 부트모드 전환장치의 실시예를 설명한다.
도6은 본 발명의 실시예에 따른 임베디드 컴퓨터 시스템의 부트모드 전환장치의 개략도이다.
도6에 따르면, 부트모드 전환장치는 임베디드 컴퓨터 시스템에 부착된 모드 스위치(610), 시스템 전원 인가시 모드 스위치(610)의 온/오프 상태에 따라 비트값이 결정되는 부트모드 비트(620), 부팅시 초기화되어 부트모드 비트(620)를 읽어 들이고 부트모드 비트 값에 따라 디버깅 프로그램 모드 또는 시스템 프로그램 모드를 선택적으로 수행하기 위한 중앙처리장치(630)를 포함하여 이루어진다.
부트모드 전환장치는 시스템 운용자의 선택으로 부트모드가 결정되도록 하기 위해 모드 스위치(610)를 구비한다. 모드 스위치(610)는 딥 스위치로 구현하는 것이 바람직하다. 딥 스위치는 온/오프의 두 가지 스위칭 상태를 갖는다.
부트모드 비트는 모드 스위치(610)의 온시 '1'을 나타내며 오프시 '0'늘 나타내는 토글 비트이다. 그리고 부트모드 비트는 시스템에 부착된 다른 딥 스위치들에 할당된 비트와 함께 중앙처리장치의 특정 레지스터 영역에 매핑된다. 예를 들어 첨부도에서와 같이 딥 스위치들의 스위칭 상태를 지시하기 위해 1바이트를 할당하고, 그중 3번 비트를 부트모드 비트로 할당할 수 있다.
부팅과정에서 딥 스위치들의 스위칭 상태를 나타내는 바이트에 대한 레지스터 매핑이 수행되는데, 중앙처리장치는 매핑된 바이트중에서 부트모드 비트(620)인 3번 비트 값을 읽어 부트모드를 판정하게 된다. 예를 들어 모드 스위치(610)가 온 일 때 부트모드 비트는 '1'이 되며, 중앙처리장치가 이 값을 읽어 시스템 프로그램 모드로 판정하도록 설정할 수 있다. 이러한 체계로 부트모드 비트 '0'으로 디버깅 프로그램 모드를 지시할 수 있다.
부트모드 전환장치에서 부트모드의 전환과 선택된 부트모드에 따른 중앙처리장치의 동작은 설명한 바와 같다.
한편, 부팅시 시스템 운용자에게 부팅모드를 인지시킴으로써 운용자의 부팅모드 선택의 적합성을 재고시킬 수 있다.
그래서 본 실시예는 부팅모드를 표시하기 위한 모드 표시부를 포함하여 이루어진다. 모드 표시부는 부트모드 비트가 '1'일 때 발광하도록 설계된 발광 다이오드(650)를 이용하여 구현할 수 있다.
모드 표시부는 발광 다이오드(650)의 발광 여부를 제어하기 위해 전원공급부(참조번호 미기재)와 더불어 인버터 게이트(640)를 포함하여 이루어진다. 전원공급부는 전원을 발광 다이오드(650)로 인가하기 위한 것이며, 인버터 게이트(640)는 부트모드 비트 값에 따라 전원을 발광 다이오드(650)로 공급되도록 하거나 차단하는 발광 제어기능을 수행하기 위한 것이다. 예를 들어 부트모드 비트가 '1'이면 인버터 게이트(640)는 전원 공급부로부터 발광 다이오드(650)로 전원이 공급되도록 한다.
이상 설명한 실시예는 본 발명의 변화, 변경 및 균등물에 속한다. 따라서 실시예에 대한 기재내용은 본 발명의 특허청구범위를 한정하지 않는다.
본 발명의 임베디드 컴퓨터 시스템의 다중 부트모드 구현방법 및 부트모드 전환장치에 따르면, 종래 디버깅을 위한 과정과 메인 시스템 소프트웨어를 위한 구동이 연속 수행되기 때문에 하드웨어 초기화 후 디버깅에 따른 부팅시간이 소모되었던 점에 비해, 부팅시 디버깅 프로그램과 시스템 소프트웨어 구동이 선택적으로 이루어지도록 함으로써 순수하게 하드웨어 부팅 영역에 할당되는 플래쉬 메모리 공간을 저감시키고 부팅시간을 단축시키는 효과가 있다.
또한, 본 발명을 적용하여 시스템을 운용하게 되면 운용자가 모드 표시부의 점등상황을 참조하여 현재의 부트모드를 용이하게 식별하게 되는 효과가 있다.

Claims (7)

  1. 임베디드 컴퓨터 시스템에 전원이 입력되면 부트코드가 시작되어 중앙처리장치를 초기화하고 각종 디바이스들의 설정을 초기화하는 (a) 단계와;
    중앙처리장치가 설정된 부트모드 비트를 읽어들여 부트모드를 판정하며, 디버깅 프로그램 모드일 경우에는 디버깅용 프로그램 영역으로 점프하여 디버깅용 프로그램을 수행하고, 시스템 프로그램 모드일 경우에는 시스템 프로그램 영역으로 점프하여 시스템 프로그램을 구동시키는 (b) 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 임베디드 컴퓨터 시스템의 다중 부트모드 구현방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 단계 (b)에서,
    부트모드 비트는 시스템에 부착된 딥 스위치의 절환에 따라 비트값이 토글되는 것을 특징으로 하는 임베디드 컴퓨터 시스템의 다중 부트모드 구현방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 부트코드는 부트용 메모리와 플래쉬 메모리에 구분되어 탑재되며, 상기 부트용 메모리에는 부트 파일 시스템이 탑재되고 상기 플래쉬 메모리에는 운영체제 커널과 디버깅 프로그램 및 메인 시스템 프로그램이 각각 탑재되어, 디버깅 프로그램 모드에서는 중앙처리장치에 의해 운영체제 커널과 디버깅 프로그램이 수행되도록 하고, 시스템 프로그램 모드에서는 중앙처리장치에 의해 운영체제 커널과 메인시스템 프로그램이 수행되도록 하는 것을 특징으로 하는 임베디드 컴퓨터 시스템의 다중 부트모드 구현방법.
  4. 임베디드 컴퓨터 시스템에 부착된 모드 스위치와;
    시스템 전원 인가시 상기 모드 스위치의 온/오프 상태에 따라 비트값이 결정되는 부트모드 비트와;
    부팅시 초기화되어 상기 부트모드 비트를 읽어 들이고, 부트모드 비트의 값에 따라 디버깅 프로그램 모드 또는 시스템 프로그램 모드를 선택적으로 수행하기 위한 중앙처리장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 임베디드 컴퓨터 시스템의 부트모드 전환장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 모드 스위치는 딥 스위치인 것을 특징으로 하는 임베디드 컴퓨터 시스템의 부트모드 전환장치.
  6. 제 4항 또는 제 5항에 있어서,
    상기 부트모드 비트 값에 따라 작동여부가 결정되어 상기 중앙처리장치에 의해 수행되는 부트모드가 디버깅 프로그램 모드인지 아니면 시스템 프로그램 모드인지 여부를 나타내기 위한 모드 표시부를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 임베디드 컴퓨터 시스템의 부트모드 전환장치.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 모드 표시부는,
    전원 인가시 가시광을 발광하여 시스템 운용자에게 특정 부트모드로 부트과정이 수행중임을 표시하기 위한 발광 다이오드와;
    상기 부트모드 비트 값을 반전시켜 발광다이오드의 역방향 전위로 인가하기 위한 인버터 게이트와;
    상기 발광 다이오드로 순방향 전위를 인가하기 위한 전원 공급부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 임베디드 컴퓨터 시스템의 부트모드 전환장치.
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