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在Bootloader中实现嵌入式系统自动升级

来源:单片机及嵌入式系统应用/作者:华南理工大学 邵新颜 蔡梅琳?? 2007年11月06日 ?? 收藏0

  嵌入式系统由硬件和软件两部分组成,软件部分主要包括Bootloader、内核和文件系统。Bootloader是硬件系统加电所运行的第l段软件代码,但在嵌入式系统中一般没有像PC中的BIOS那样的固件,因此整个系统的加载过程全部是由Bootloader来完成的。系统在上电l或复位时通常都从地址Ox00000000处开始执行,而在这个地址处安排的通常就是系统的Bootloader。Bootloader的主要任务包括:初始化最基本的硬件;将Bootloader本身拷贝到RAM中运行;将内核拷贝到RAM中并调用内核等。

  通常在嵌入式系统中,首先通过JTAG接口将Bootloader烧写到目标板的Flash中,然后在Bootloader中,将内核映像文件和文件系统映像文件通过串口和网络下载并烧写到Flash中。若需对内核或文件系统升级,则按照上述方法重新烧写新的映像文件,直接覆盖原来的映像文件。

  上述方法中,一方面必须将目标板和主机通过串口线和网线相连接,另一方面通过串口或网络下载映像文件,速度很慢。本实验通过扩充Bootloader功能,实现了通过CF存储卡对内核或文件系统映

像文件的自动升级,对需要经常为内核或文件系统升级的嵌入式系统来说,克服了传统升级方法的局限,简化了升级方法,提高了升级速度。

  1 基本原理

  本实验对传统Bootloader的功能进行了扩充,加入了升级系统的功能。例如,用户需要对目标板上的内核或文件系统进行升级,只需要将新的映像文件命名为指定的名称并拷贝到CF存储卡中。然后,CF存储卡插入目标板的CF存储卡插槽,重新启动目标板即可完成升级过程。重启时,系统首先运行Bootloader,Bootloader将检测CF存储卡中是否有内核或文件系统的映像文件。若有,则读取映像文件并烧写到目标板的F1ash中,实现升级;若无,则直接启动目标板中的系统,如图1所示。

系统升级流程

  实验使用的开发板基于Intel XScale处理器PXA255。PXA255具有16位的CF存储卡控制器,用于连接CF存储卡。开发板上有32 MB的Flash和64 MB的SDRAM,且Flash的起始地址映射到Ox00000000,SDRAM的起始地址映射到OxA0000000。

  实验板上的InteI Strata Flash,容量为32 MB,分为Bootloader、reserved、kernel和root filesystem四个区。其中,Bootloader分区用于烧写Bootloader,其起始地址为Ox00000000,当系统加电启动或复位时,CPU便跳转到这个位置开始执行指令;reserved分区为保留分区,主要用于传递内核启动参数以及其他系统设置;kernel分区和root filesystem分区分别用于烧写内核和文件系统。各分区的起始地址及大小如图2所示。

各分区的起始地址及大小

  2 实现

  本文所讨论的实现方法,主要是扩充Bootloader的功能,增加对CF存储卡的支持,使系统启动时,Bootloader能对CF存储卡进行文件读取。首先,要将CF存储卡格式化成特定的文件系统格式(本实验主要支持FAT32、FATl6和EXT2三种文件系统)。然后,将待升级的映像文件(内核映像文件、文件系统映像文件或Bootloader本身的映像文件)通过主机拷贝到CF存储卡。因此,Bootloader可以榆测到需要升级的映像文件并对目标板上的相应部分进行更新。

  2.1 Bootloader框架及工作流程

  本实验所编写的Bootloader仅实现了最基本的硬件初始化功能、系统引导功能和系统升级功能,静态编译的二进制文件大小为38 KB。Bootloader用汇编语言和C语言实现,汇编语言仅作了屏蔽所有中断、初始化相关GPIO(General Purpose IO)、初始化SDRAM、拷贝Bootloader和内核到SDRAM等简单工作,便跳转到C程序,在C程序中实现了后续的初始化工作及系统升级。详细流程如图3所示。

详细流程


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Bootloadcr? 嵌入式系统? CF存储卡? 自动升级?

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