嵌入式系统底层软件结构模型建构与协同性分析嵌入式技术被广泛应用于信息家器、消费电子、交换机以及机器人等产品中，与通用计算机技术不同，嵌入式系统中计算机被置于应用环境内部特征不明显。系统对性能、体积、以及时间等有较高的要求。复杂的嵌入式系统面向特定应用环境，必须支持硬、软件裁减，适应系统对功能、成本以及功耗等要求。 1.2 BSP 特性 作为板级支持软件包BSP 处在一个软硬件交界的中心位置，结构与功能随系统应用范围表现较大的差异。不同的硬件环境和操作系统，BSP 具有不同的内容与结构。从协同性角度，在系统设计初始阶段，就必须考虑BSP 可移植性、生成组件性以及快速性。如，BSP 的编程大多数是在成型的模板上进行，保持与上层OS 正确的接口。 2. Bootloader/BSP 协同性与设计 在建构嵌入式系统的过程中，应从系统结构和协同性角度，关注底层软件的设计。bootloaer 和BSP构成底层软件设计的核心内容，与硬件、过程、功能划分结合紧密。 2.1 Bootloader 与BSP 协同性分析流程 首先用对任务所涉及的功能和过程进行系统级划分，确定将功能划分给软件还是硬件，对执行确定相关的“延迟”特性。形成模型创建、配置、*估等协同流程，克服传统孤立的设计模式。在面对系统低层软件Bootloader 与BSP 设计时，在前面分析系统结构以及特性基础上，给出如下系统性流程图。  图 3. 系统底层软件结构模型 2.2 基于arm-μCLinux 系统bootloader 设计 在系统结构模型以及设计流程的基础上，下面通过实例说明bootloader 的主要设计过程。 基于ARM-μCLinux 嵌入式系统的启动引导过程：通过串口更新系统软件平台，完成启动、初始化、操作系统内核的固化和引导等。硬件平台由内嵌arm10 的处理器、存储器2MBFlash 和16MBSDRAM、串口以及以太网口组成。软件平台组成：系统引导程序、嵌入式操作系统内核、文件系统。采用Flash 存储bootloader、内核等，直接访问内核所在地址区间的首地址。 2.3 μCLinux 内核的加载 系统采用μCLinux 自带的引导程序加载内核，用自举模式和内核启动模式相互切换；同时，切换到内核启动模式，自动安全地启动系统。针对arm7TDMI 的无MMU 特性，采用修改后的μCLinux 内核引导程序加载操作系统和初始化环境，解决内核加载的地址重映射问题和操作系统的内存管理问题。 2.4 WinCE 系统下BootLoader 完成定制WinCE 的加载主要工作是编写启动加载程序bootloader 和板级支持包BSP。Bootloader 涉及到基本的硬件操作，如CPU 的结构、指令等，同时涉及以太网下载协议TFTP 和映像文件格式。Bootloader支持命令输入的方式，不用人工干预加载WinCE，其主控部分通过串口来接收用户的命令。 2.5 系统板级支持包BSP 由于硬件环境、Bootloader 映射范围以及二次开发等原因，系统启动加载程序Bootloader 不能把经过裁剪的OS 直接引导进入硬件环境，需要建立BSP 文件，如VxWorks 的BSP 和Linux 的BSP 相对于某一CPU 来说尽管实现的功能一样，写法和接口定义可以完全不同。BSP 的结构与内容差异性较大，依据不同的系统和应用环境，应设计建立合理、稳定的BSP 内核。 2.6 交叉融合 在分析过程、任务划分以及系统协同性的基础上，对系统底层软件设计应考虑Bootloader、BSP、接口以及应用程序交叉与融合。应用BSP 组成灵活性，设计充分考虑软硬件协同。接口驱动程序，如网络驱动、串口驱动和系统下载调试、部分应用程序可添加到BSP 中，从系统结构的角度是，简化软件层次和硬件尤其是存贮体系结构，当操作系统运行于硬件相对固定的系统，BSP 也相对固定，不需要做任何改动，建立独立的应用程序包。如果BSP 中的应用程序不断升级，将对系统稳定性造成影响。 图 4 表征了嵌入式系统三个软件环节的结构变化，Bootloader、BSP、接口驱动程序以及部分应用程序将产生融合与交叉。对于一次开发功能强大的嵌入式系统，应充分利用嵌入式处理器供应商提供的Bootloader，使建立BSP 的过程变得相对容易。  图 4. 软件交叉与融合示意图 3.结束语 通过对嵌入式系统结构与协同性探讨，分析了嵌入式系统的特点和协同性。应用结构协同思路与流程，建立一个结构良好与嵌入式核心硬件层密切相关的Bootloader 和BSP，对顺利植入裁剪良好的OS、简化软件结构以及保护硬件平台知识产权都有重要意义。嵌入式处理器种类多，系统结构不尽相同，Bootloader和BSP 的内容随之会产生差异，应充分考虑系统协同问题，避免传统的多次设计、反复实验的方式，为实际应用提供有益帮助。 责编：李玉琴  微信扫一扫实时了解行业动态 著作权声明：畅享网文章著作权分属畅享网、网友和合作伙伴，部分非原创文章作者信息可能有所缺失，如需补充或修改请与我们联系，工作人员会在1个工作日内配合处理。 |
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