基于单存储器的嵌入式设备的启动系统.pdf

《基于单存储器的嵌入式设备的启动系统.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于单存储器的嵌入式设备的启动系统.pdf（10页珍藏版）》请在专利查询网上搜索。

1、(10)申请公布号 CN 102866896 A (43)申请公布日 2013.01.09 C N 1 0 2 8 6 6 8 9 6 A *CN102866896A* (21)申请号 201110186989.6 (22)申请日 2011.07.05 G06F 9/445(2006.01) (71)申请人中国科学院上海微系统与信息技术 研究所 地址 200050 上海市长宁区长宁路865号 (72)发明人李顺芬 陈小刚 陈一峰 许林海 陈后鹏 金荣 宋志棠 (74)专利代理机构上海光华专利事务所 31219 代理人李仪萍 (54) 发明名称 基于单存储器的嵌入式设备的启动系统 (57) 摘要。

2、 本发明提供一种基于单存储器的嵌入式设 备的启动系统，其至少包括：中央处理器，系统总 线，外围总线设备，以及一单类型存储器，其中，所 述单类型存储器通过所述系统总线与所述中央 处理器连接，所述单类型存储器划分有启动程序 存储区、内核存储区、文件系统存储区、以及系统 RAM区，以使所述嵌入式设备在常规和XIP的两种 启动模式下执行启动作业，进而可实现存储空间 的共享，根据需求可以调整各个存储区的大小，便 于实现软件升级及嵌入式设备的高效运行；同时 可简化CPU接口，节约I/O引脚数量，在一些应用 中甚至可以使用不带DRAM控制器的CPU以达到节 约成本的目的。 (51)Int.Cl. 权利要求书。

3、1页 说明书4页 附图4页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 4 页 1/1页 2 1.一种基于单存储器的嵌入式设备的启动系统，其特征在于，至少包括：中央处理器， 系统总线，外围总线设备，以及一单类型存储器，其中，所述单类型存储器通过所述系统总 线与所述中央处理器连接，所述单类型存储器划分有启动程序存储区、内核存储区、文件系 统存储区、以及系统RAM区，以使所述嵌入式设备在常规和XIP的两种启动模式下执行启动 作业。 2.根据权利要求1所述的基于单存储器的嵌入式设备的启动系统，其特征在于：所述 单类型存储器为单一类型的非挥发随。

4、机存储器。 3.根据权利要求2所述的基于单存储器的嵌入式设备的启动系统，其特征在于：所述 单一类型的非挥发随机存储器为相变存储器、阻变存储器、磁存储器、或铁电存储器其中之 一者。 4.根据权利要求1所述的基于单存储器的嵌入式设备的启动系统，其特征在于：在常 规启动模式下，所述嵌入式设备上电或复位之后，首先执行所述启动程序存储区的引导程 序，以初始化所述嵌入式设备的硬件，然后把所述内核存储区压缩的内核映像拷贝到所述 系统RAM区中解压并跳转到内核映像的入口，接着进行内核初始化，内核程序搜索系统设 备驱动并加载所述文件系统存储区的文件系统，最后从文件系统中启动初始化程序初始化 和启动界面，应用程序。

5、初始化，内核执行过程中所述中央处理器将代码段、数据段、及堆栈 的寄存器指针同时指向位于所述系统RAM区中的内核拷贝区域，以执行所述嵌入式设备的 启动作业。 5.根据权利要求1所述的基于单存储器的嵌入式设备的启动系统，其特征在于：在XIP 启动模式下，所述嵌入式设备上电或复位之后，直接基于所述内核存储区进行内核初始化， 把需要写操作的数据段拷贝到所述系统RAM区，并进行内核运行的硬件环境初始化作业， 内核执行过程中所述中央处理器将代码段及数据段寄存器指针同时指向所述内核存储区， 以执行所述嵌入式设备的启动作业。 权 利 要 求 书CN 102866896 A 1/4页 3 基于单存储器的嵌入式设。

6、备的启动系统 技术领域 0001 本发明涉及一种嵌入式操作系统存储器领域，特别是涉及一种基于单存储器的嵌 入式设备可以在常规和XIP的两种启动模式下的启动系统。 背景技术 0002 嵌入式系统是以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系 统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。随着嵌入式技术及半导体 存储器技术的飞速发展，消费者对嵌入式产品的系统尺寸、启动速度、运行实时性、功耗等 各方面提出来更高的要求。因此，简化嵌入式操作系统的启动引导过程、缩短启动时间、降 低系统功耗对嵌入式产品的赢得市场地位具有十分重要的意义。 0003 一个嵌入式系统从软件角度看可。

7、以分为四个部分，请参阅图1，显示为传统的嵌入 式设备的启动系统架构示意图，如图所示，所述传统的嵌入式设备的启动系统1包括CPU控 制器11，系统总线12、外围总线设备13、NOR Flash存储器14、NAND Flash存储器15，易失 性DRAM16组成，所述的嵌入式操作系统1在正常启动过程可以分为以下四个阶段： 0004 (1)上电/复位：片内固件运行，进行启动方式选择；当选择从Flash启动时，加载 并开始执行引导加载程序； 0005 (2)引导加载程序的引导装载过程：硬件设备初始化，建立内存空间映射，解压内 核映像文件并跳转到内核映像入口； 0006 (3)内核：内核初始化，搜索设备。

8、和安装驱动，挂载根文件系统； 0007 (4)用户空间：从文件系统中启动init程序初始化和启动图形界面，应用程序初 始化等。 0008 由上可知，所述的嵌入式操作系统1采用了NOR+NAND+DRAM混合类型存储器结构， 具体是指，采用非易失的NOR Flash存储器14来存储启动程序代码，采用NAND Flash存储 器15存储代码(操作系统和应用软件)和数据，采用易失性DRAM16存储执行代码时的变 量和数据结构。在嵌入式设备启动运行时，需要将操作系统和应用软件都映射到DRAM中执 行，这种技术降低了系统的运行速度同时增加了对DRAM的需求，因此增加了系统成本和功 耗。再者，由于NAND。

9、 Flash存储器15采用块操作模式，不支持XIP启动模式和随机存取。 0009 经过实验研究证明，发明人发现造成嵌入式系统的启动缓慢主要原因在于：呈如 图2显示的传统嵌入式设备的常规启动方式所示，所述嵌入式系统启动时，由所述NAND Flash存储器15到所述易失性DRAM16内核映像的拷贝解压过程中耗费了大量时间，以及 内核加载文件系统时对文件系统的根文件系统进行解压、挂载，拷贝、解压也浪费了很长时 间。同时，常规的嵌入式系统采用混合的多种类型的存储器构建嵌入式存储系统，混合类型 的存储器系统在使用时带来一定的局限性，同时在存储系统的管理、控制方面也相对复杂。 0010 因而，如何提供一种。

10、新型的非挥发性存储器作为嵌入式设备的存储系统，并基于 该存储系统实现设备的两种启动模式，实已成本本领域从业者亟待解决的问题。 说 明 书CN 102866896 A 2/4页 4 发明内容 0011 鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于单存储器的嵌入 式设备的启动系统，不但可以实现常规启动及基于XIP两种启动模式，还可实现存储空间 的共享，根据需求可以调整各个存储区的大小，便于软件升级及嵌入式设备的高效运行，以 及能够简化CPU接口，节约I/O引脚数量，甚至可以在一些应用中使用不带DRAM控制器的 CPU，以达到节约成本的目的。 0012 为实现上述目的及其他相关目的，本发。

11、明提供一种基于单存储器的嵌入式设备的 启动系统，其特征在于，至少包括：中央处理器，系统总线，外围总线设备，以及一单类型存 储器，其中，所述单类型存储器通过所述系统总线与所述中央处理器连接，所述单类型存储 器划分有启动程序存储区、内核存储区、文件系统存储区、以及系统RAM区，以使所述嵌入 式设备在常规和XIP的两种启动模式下执行启动作业。 0013 在本发明的基于单存储器的嵌入式设备的启动系统中，所述单类型存储器为单一 类型的非挥发随机存储器，具体地，所述单一类型的非挥发随机存储器为相变存储器、阻变 存储器、磁存储器、或铁电存储器其中之一者。 0014 本发明的基于单存储器的嵌入式设备的启动系统。

12、，在常规启动模式下，所述嵌入 式设备上电或复位之后，首先执行所述启动程序存储区的引导程序，以初始化所述嵌入式 设备的硬件，然后把所述内核存储区压缩的内核映像拷贝到所述系统RAM区中解压并跳转 到内核映像的入口，接着进行内核初始化，内核程序搜索系统设备驱动并加载所述文件系 统存储区的文件系统，最后从文件系统中启动初始化程序初始化和启动界面，应用程序初 始化，内核执行过程中所述中央处理器将代码段、数据段、及堆栈的寄存器指针同时指向位 于所述系统RAM区中的内核拷贝区域，以执行所述嵌入式设备的启动作业。 0015 本发明的基于单存储器的嵌入式设备的启动系统，在XIP启动模式下，所述嵌入 式设备上电或。

13、复位之后，直接基于所述内核存储区进行内核初始化，把需要写操作的数据 段拷贝到所述系统RAM区，并进行内核运行的硬件环境初始化作业，内核执行过程中所述 中央处理器将代码段及数据段寄存器指针同时指向所述内核存储区，以执行所述嵌入式设 备的启动作业。 0016 如上所述，本发明的基于单存储器的嵌入式设备的启动系统，与现有技术相比，具 有的有益以下效果： 0017 1，实现存储空间共享：基于单一类型的非挥发的随机访问存储器构造嵌入式设备 存储系统，可实现存储空间的共享，根据需求可以调整各个存储区的大小，便于软件升级、 内核更新、文件系统更新以及获得较大的系统RAM区实现嵌入式设备的高效运行。 0018。

14、 2，采用单一存储器可简化CPU接口，节约I/O引脚数量，在一些应用中甚至可以使 用不带DRAM控制器的CPU，以达到节约成本的目的。 0019 3，系统高效、低功耗：系统中采用的新型的非挥发性的随机访问存储器作为程序 存储器时，数据写入不需要按块擦除过程，数据写速度比FLASH闪存快；作为数据存储器时 无需周期供电动态刷新保存数据。 0020 4，启动时间加快：可支持基于XIP模式启动模式，节省了解压缩和拷贝代码段的 时间，节省了代码段占用的系统RAM存储空间。 说 明 书CN 102866896 A 3/4页 5 附图说明 0021 图1显示为传统的嵌入式设备的启动系统架构示意图。 002。

15、2 图2显示为传统嵌入式设备的常规启动方式示意图。 0023 图3显示为本发明的基于单存储器的嵌入式设备的启动系统架构示意图。 0024 图4显示为本发明的嵌入式设备在常规模式下的启动方式示意图。 0025 图5显示为本发明的嵌入式设备在XIP模式下的启动方式示意图。 具体实施方式 0026 以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书 所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实 施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在不背离本 发明的精神下进行各种修饰或改变。 0027 请参阅图3，显示为本发明的基于。

16、单存储器的嵌入式设备的启动系统架构示意图。 需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中 仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际 实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复 杂。 0028 如图3所示，本发明提供一种基于单存储器的嵌入式设备的启动系统2，其至少包 括：中央处理器(CPU)21，系统总线(Bus)22，外围总线设备23，以及一个单类型存储器24。 于本实施方式中，需要说明的是，因所述中央处理器21在工作时需要与外围总线设备23 通过系统总线22进行数据、命令的交换的技术为。

17、本领域技术人员所熟知，故在本实施方式 中，对所述外围总线设备23的原理及功效不再赘述。 0029 所述单类型存储器24通过所述系统总线22与所述中央处理器连接21，所述单类 型存储器24划分有启动程序存储区241、内核存储区242、文件系统存储区243、以及系统 RAM区244，以使所述嵌入式设备在常规和XIP的两种启动模式下执行启动作业。 0030 需要说明的是，在本发明揭示的实施方式中，所述单类型存储器24为单一类型的 非挥发随机存储器，具体地，所述单一类型的非挥发随机存储器包括但不限于相变存储器 (PCRAM，Phase Change Random Access Memory)、阻变存储。

18、器(R-RAM)、磁存储器(MRAM， Magnetic Random Access Memory)、铁电存储器(FeRAM)等存储器。在本实施方式中，所述 单类型存储器24暂以相变存储器(PCRAM，Phase Change Random Access Memory)为例进 行说明。 0031 在本发明的启动系统，基于单一存储器类型的嵌入式设备可实现两种模式：即常 规启动模式和基于XIP模式启动。下面将分别详述在本发明的启动系统在上述两种模式下 的启动过程。 0032 请参阅图4，显示为本发明的嵌入式设备在常规模式下的启动方式示意图。如图 所示，在常规启动模式下，所述嵌入式设备上电或复位之后。

19、，首先执行所述启动程序存储区 241的引导程序(Bootloader)，以初始化所述嵌入式设备的例如内存等硬件，然后把所述 内核存储区242压缩的内核(Kernel)映像拷贝到所述系统RAM区244中解压并跳转到内 核映像的入口，接着进行内核初始化，内核程序搜索系统设备驱动并加载所述文件系统存 说 明 书CN 102866896 A 4/4页 6 储区243的文件系统(Rootfs)，最后从文件系统中启动初始化程序(init程序)初始化和 启动界面，应用程序初始化，内核执行过程中所述中央处理器将代码段(CS)、数据段(DS)、 及堆栈(SS)的寄存器指针同时指向位于所述系统RAM区244中的内。

20、核拷贝区域(Kernel)， 以执行所述嵌入式设备的启动作业。 0033 由上可知，基于单类型存储器的嵌入式设备的常规启动与传统嵌入式设备的常规 启动相比较，其优势在于存储空间共享，根据需求可以调整各个存储区的大小便于软件升 级、内核更新、文件系统更新以及获得较大的系统RAM区实现嵌入式设备的高效运行。 0034 请参阅图5，显示为本发明的嵌入式设备在XIP模式下的启动方式示意图。如图所 示，在XIP启动模式下，所述嵌入式设备上电或复位之后，所述启动程序存储区241的引导 程序(Bootloader)不需要从内核存储区242拷贝内核映像到系统RAM区244，而是直接在 内核存储区242执行内核。

21、(Kernel)初始化，内核运行程序把需要读写操作的数据段拷贝到 所述系统RAM区244，并进行内核运行的硬件环境初始化作业，具体是指进行片级初始化、 板级初始化等内核运行的硬件环境初始化工作，最后是根据内核参数执行内核各个子系统 的初始化。内核执行过程中所述中央处理器21将代码段(CS)及数据段(DS)的指针同时 指向所述内核存储区242，以执行所述嵌入式设备的启动作业。 0035 由上可知，基于单类型存储器的嵌入式设备的XIP启动方式其优势在于设备启动 过程中系统既节省了解压缩和拷贝代码段的时间，又节省了代码段(CS)占用系统RAM的存 储空间。基于单一存储器类型的嵌入式设备的XIP启动方。

22、式与传统嵌入式设备的启动方式 相比较，其优势除了共享存储空间的优势外，内核(Kernel)执行过程中央处理器21的代码 段、数据段指针同时指向内核存储区，提高了内核(Kernel)执行效率的同时节省占用系统 RAM的存储空间。 0036 综上所述，本发明的启动系统中应用同时划分有启动程序存储区、内核存储区、文 件系统存储区、以及系统RAM区的单类型存储器，以使所述嵌入式设备在常规和XIP的两种 启动模式下执行启动作业，进而可实现存储空间的共享，根据需求可以调整各个存储区的 大小，便于实现软件升级及嵌入式设备的高效运行；同时可简化CPU接口，节约I/O引脚数 量，在一些应用中甚至可以使用不带DR。

23、AM控制器的CPU以达到节约成本的目的。所以，本 发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。 0037 上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟 悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因 此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完 成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。 说 明 书CN 102866896 A 1/4页 7 图1 说 明 书 附 图CN 102866896 A 2/4页 8 图2 说 明 书 附 图CN 102866896 A 3/4页 9 图3 说 明 书 附 图CN 102866896 A 4/4页 10 图4 图5 说 明 书 附 图CN 102866896 A 10 。