嵌入式系统底层软件结构模型建构与协同性分析

1.1 Bootloader 特性与结构分析

Bootloader 是系统加电后首先运行的程序，主要依赖于硬件,建立一个通用版本几乎不可能。即使同一CPU，硬件稍作变化，Bootloader 也必须修改。建立良好的BootLoader 结构，为系统二次开发以及减轻BSP的开发难度、可移植提供有益帮助；同时，也是保护硬件平台设计知识产权的重要措施。

启动过程分单阶段（Single STage）和多阶段（Multi-Stage）。从协同性划分技术角度，设备初始化程序等通常放在stage 中，stage2 设置内核参数和调用，应具有可读性和可移植性。从固态存储设备上启动的Bootloader 大多都是两阶段的启动过程。Bootloader 的存贮体和分区：Flash/RAM/固态存贮器（图2）；Flash 存储分区有连续和非连续两种方式。当系统需要多媒体等功能，用DOC（Disk ON Chip）技术解决大容量嵌入式OS 的存贮。

空间分配结构示意图

图2. 空间分配结构示意图

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。

系统底层软件结构模型

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。