基于網(wǎng)絡(luò )加載的嵌入式BootLoader的設計與實(shí)現

摘要：由于嵌入式系統引導裝載程序(BootLoader)的網(wǎng)絡(luò )加載方式在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)初期階段的廣泛應用，因此基于網(wǎng)絡(luò )的BootLoader設計與實(shí)現具有較強的實(shí)際意義。提出了基于網(wǎng)絡(luò )加載的BootLoader整套設計與解決方案，并將該方案應用到實(shí)際產(chǎn)品DVB—C中。最后，通過(guò)BootLoad er引導裝載過(guò)程的測試與分析，驗證該方案的可行性與高效性。
關(guān)鍵詞：嵌入式系統；BootLoader；網(wǎng)絡(luò )；DVB—C機頂盒

嵌入式系統從軟件結構層次的角度來(lái)看，一般由引導裝載程序(BootLoader，BSP)、操作系統和應用程序幾部分組成。然而在有的嵌入式系統中，操作系統和應用程序存放在系統以外的設備中，如網(wǎng)絡(luò )、硬盤(pán)等，整個(gè)系統只有引導裝載程序。因此BootLoader是嵌入式系統設計中比較重要的一部分。
在嵌入式系統的引導中，按照應用程序存放位置，可以有3種不同的加載方式：固態(tài)存儲媒體、磁盤(pán)以及網(wǎng)絡(luò )，每種方式都會(huì )有自己特有的配置和用法。3種設置方式各有其優(yōu)缺點(diǎn)，固態(tài)儲存媒體啟動(dòng)方式一般適用于帶有ROM／FLASH的嵌入式系統中，是大多數嵌入式設備的首選方案如手機，mp3等，但當應用程序較大的情況下，為了降低嵌入式設備的單價(jià)，磁盤(pán)啟動(dòng)方式也被大量使用，典型應用如SDH電信傳輸網(wǎng)絡(luò )設備測試儀ANT-20等，而基于網(wǎng)絡(luò )加載方式則是最便宜的嵌入式設備的應用方案，應用程序存放在網(wǎng)絡(luò )服務(wù)器端，嵌入式設備啟動(dòng)時(shí)，只需要將它通過(guò)網(wǎng)絡(luò )當到內存并運行，一方面可以快速解決應用程序升級問(wèn)題，另一方面也可以降低嵌入設備的整體成本，且在開(kāi)發(fā)初期這種方式也能大幅提高調試速度，典型的應用如嵌入式設備的瘦客戶(hù)端。

1 基于網(wǎng)絡(luò )加載的BootLoader方案設計
這種方案重點(diǎn)解決兩個(gè)問(wèn)題，一是嵌入式設備加電后啟動(dòng)前與服務(wù)器端之間的通信與聯(lián)系，二是嵌入設備在啟動(dòng)過(guò)程中應用程序下載方式的實(shí)現。前者需要將嵌入式設備驅動(dòng)起來(lái)，實(shí)現通信能力，網(wǎng)卡驅動(dòng)是必須實(shí)現的步驟，后者需要通過(guò)相關(guān)的協(xié)議棧將應用程序下載到系統內存，運行起來(lái)。本文重點(diǎn)介始基于UDP／IP協(xié)議棧的(DHCP、TFIP、NFS)加載方案設計。
1．1 BooiLoader中網(wǎng)卡驅動(dòng)的設計
網(wǎng)絡(luò )適配器(網(wǎng)卡)一般由可編程數據鏈路控制器、曼徹斯特編碼／譯碼器、收發(fā)器接口和控制電路等幾部分組成，其中可編程數據鏈路控制器由微處理器和網(wǎng)絡(luò )管理部分等組成，如圖1所示。

在BootLoader網(wǎng)卡驅動(dòng)設計中，主要包括3種基本的操作(文中以Realtek8139網(wǎng)卡作為實(shí)例進(jìn)行具體分析)：
1)網(wǎng)卡的初始化
應完成的工作是初始化網(wǎng)卡中的相關(guān)硬件，包括網(wǎng)卡中斷向量的設置、網(wǎng)卡接收與發(fā)送緩沖區在內存中的映射、網(wǎng)卡數據結構的初始化等。
2)數據包發(fā)送
發(fā)送和發(fā)送控制部分負責幀的發(fā)送。發(fā)送部分接受來(lái)自“NBZ曼徹斯特轉換器”的曼徹斯特碼的數據，并在發(fā)送控制部分允許的條件下將數據發(fā)送到媒體，發(fā)送的數據稱(chēng)為T(mén)xD。發(fā)送控制部分判定是否進(jìn)行發(fā)送，這種判定基于LAN管理部分和TxD來(lái)進(jìn)行。
3)數據包的接收
接收和接收控制部分負責幀的接收。這一部分產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò )是否有載波存在的信號，產(chǎn)生的依據是從RxD中獲得。因此，網(wǎng)絡(luò )上來(lái)的信號一方面饋送給接收器，另一方面要饋送給接收控制部分。接收控制部分根據LAN管理部分和媒體上接收的信號判定是否使接收器工作。
1．2 網(wǎng)絡(luò )服務(wù)器端應用方案的設計
在網(wǎng)絡(luò )加載BootLoader中，使用到的應用層協(xié)議有DHCP、TFTP和NFS。目標平臺在工作中，需要服務(wù)器端提供以上協(xié)議的服務(wù)：
1)建立服務(wù)器端的DHCP服務(wù)
該服務(wù)完成的功能是為目標平臺提供有效的IP地址分配，保證目標平臺與服務(wù)器之間正常通信時(shí)地址唯一。其配置過(guò)程如下：
在確信DHCP協(xié)議已經(jīng)被正確安裝后，需修改／etc／dhcpd．conf文件，例如：