嵌入式系統底層軟件結構模型建構與協同性分析

1.1 Bootloader 特性與結構分析

Bootloader 是系統加電后首先運行的程序，主要依賴于硬件,建立一個通用版本幾乎不可能。即使同一CPU，硬件稍作變化，Bootloader 也必須修改。建立良好的BootLoader 結構，為系統二次開發以及減輕BSP的開發難度、可移植提供有益幫助；同時，也是保護硬件平臺設計知識產權的重要措施。

啟動過程分單階段（Single STage）和多階段（Multi-Stage）。從協同性劃分技術角度，設備初始化程序等通常放在stage 中，stage2 設置內核參數和調用，應具有可讀性和可移植性。從固態存儲設備上啟動的Bootloader 大多都是兩階段的啟動過程。Bootloader 的存貯體和分區：Flash/RAM/固態存貯器（圖2）；Flash 存儲分區有連續和非連續兩種方式。當系統需要多媒體等功能，用DOC（Disk ON Chip）技術解決大容量嵌入式OS 的存貯。

空間分配結構示意圖

圖2. 空間分配結構示意圖

1.2 BSP 特性

作為板級支持軟件包BSP 處在一個軟硬件交界的中心位置，結構與功能隨系統應用范圍表現較大的差異。不同的硬件環境和操作系統，BSP 具有不同的內容與結構。從協同性角度，在系統設計初始階段，就必須考慮BSP 可移植性、生成組件性以及快速性。如，BSP 的編程大多數是在成型的模板上進行，保持與上層OS 正確的接口。

2. Bootloader/BSP 協同性與設計

在建構嵌入式系統的過程中，應從系統結構和協同性角度，關注底層軟件的設計。bootloaer 和BSP構成底層軟件設計的核心內容，與硬件、過程、功能劃分結合緊密。

2.1 Bootloader 與BSP 協同性分析流程

首先用對任務所涉及的功能和過程進行系統級劃分，確定將功能劃分給軟件還是硬件，對執行確定相關的“延遲”特性。形成模型創建、配置、*估等協同流程，克服傳統孤立的設計模式。在面對系統低層軟件Bootloader 與BSP 設計時，在前面分析系統結構以及特性基礎上，給出如下系統性流程圖。

系統底層軟件結構模型

圖 3. 系統底層軟件結構模型

2.2 基于ARM-μCLinux 系統bootloader 設計

在系統結構模型以及設計流程的基礎上，下面通過實例說明bootloader 的主要設計過程。

基于ARM-μCLinux 嵌入式系統的啟動引導過程：通過串口更新系統軟件平臺，完成啟動、初始化、操作系統內核的固化和引導等。硬件平臺由內嵌ARM10 的處理器、存儲器2MBFlash 和16MBSDRAM、串口以及以太網口組成。軟件平臺組成：系統引導程序、嵌入式操作系統內核、文件系統。采用Flash 存儲bootloader、內核等，直接訪問內核所在地址區間的首地址。