嵌入式操作系統(tǒng)硬件鏡像啟動優(yōu)化的實現(xiàn)方法技術方案

本發(fā)明專利技術公開了一種嵌入式操作系統(tǒng)硬件鏡像啟動優(yōu)化的實現(xiàn)方法。在嵌入式操作系統(tǒng)結束運行時，不是直接的結束，而是將正在運行的操作系統(tǒng)的狀態(tài)保存下來，與操作系統(tǒng)微內核一起保存在處理器的片內存儲器上，在啟動的時候直接加載，回復到嵌入式操作系統(tǒng)結束時的運行狀態(tài)。本發(fā)明專利技術的方法可以顯著加速系統(tǒng)引導和重新啟動的速度，使得嵌入式系統(tǒng)的啟動速度顯著提升，減少用戶等待的時間。

【技術實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術涉及嵌入式操作系統(tǒng)啟動優(yōu)化
，特別是涉及一種。
技術介紹
在當前的嵌入式技術中，硬件與軟件的關系越來越密切，與硬件相對應軟件也是嵌入式系統(tǒng)中的重要組成部分，而且由于當前軟件中數(shù)以萬計的代碼是由人手工編寫完成，這些軟件需要屏蔽不同底層硬件的差異，并要能滿足千變萬化的應用需求，因此軟件相對于硬件而言更復雜，需要耗費的研發(fā)成本更多。由于嵌入式系統(tǒng)是面向特定應用的系統(tǒng)，因此不同嵌入式系統(tǒng)的硬件設計往往千差萬別，不能像個人電腦中的BIOS那樣有統(tǒng)一的標準化設計，這種非標準化突出體現(xiàn)在嵌入式系統(tǒng)啟動程序的設計和嵌入式操作系統(tǒng)硬件抽象層的移植工作中，為了減少重復勞動、提高生產效率，這些工作正在逐步變?yōu)橛捎布S商來提供標準的參考解決方案(或定制服務)，并提供軟件源代碼給具體設備的制造商。嵌入式系統(tǒng)的啟動程序一般具有兩個功能一是啟動設備，完成硬件自檢，為后續(xù)操作系統(tǒng)的運行做好準備；另一個是提供開發(fā)和調試環(huán)境，為后續(xù)操作系統(tǒng)的開發(fā)和移植提供方便。雖然從理論上來說可以完全不需要啟動程序的存在，而直接由操作系統(tǒng)負責啟動，但實際上出于開發(fā)任務的分解、調試的需要和一些技術上的考慮，一般都會采用一個代碼量相對操作系統(tǒng)小得多的啟動程序，并首先用各種開發(fā)工具將啟動程序調試通過。嵌入式操作系統(tǒng)是嵌入式軟件平臺中最重要的組成部分，也有很多簡單的嵌入式系統(tǒng)不使用操作系統(tǒng)，但是隨著應用需求變得越來越復雜，隨著人們對提高開發(fā)效率、降低研發(fā)成本和保證系統(tǒng)穩(wěn)定性需求的增強，操作系統(tǒng)的使用越來越普及。并且嵌入式系統(tǒng)中的操作系統(tǒng)和通用計算機中的操作系統(tǒng)相比還有一些獨特的特點，比如許多應用希望嵌入式操作系統(tǒng)能滿足一定的實時性要求、可配置性好、可移植性強、具有功耗管理功能、系統(tǒng)穩(wěn)定可靠等等。如果計算機只利用嵌入式處理器和存儲器進行計算而離開了對各種輸入輸出(I/O)設備的操作，就不能獲得輸入信號，不能顯示結果，不能與其他計算設備通訊，不能與使用計算機的人進行交互，那么計算機所能發(fā)揮的作用就大為遜色了。驅動程序就是操作系統(tǒng)中用于控制和訪問各種輸入輸出設備的程序，因此驅動程序是嵌入式系統(tǒng)軟件平臺中的重要性部件。在實際的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)中，操作系統(tǒng)的內核一般不需要做太多的修改，大量的工作往往是針對獨特的硬件平臺編寫、修改和調試各個外設的驅動程序，這方面的技術需求巨大。嵌入式系統(tǒng)由于面向特定應用一般資源有限以節(jié)約成本，不能像通用計算機那樣有完善的應用程序運行環(huán)境，因此面向嵌入式應用的中間件軟件就應運而生，這些嵌入式中間件軟件往往執(zhí)行效率高，為特定的應用進行了裁減和優(yōu)化，或者可配置性很強。一些典型的嵌入式系統(tǒng)中的中間件軟件包括網(wǎng)絡協(xié)議棧、Flash文件系統(tǒng)、Java虛擬機、嵌入式數(shù)據(jù)庫等等。嵌入式系統(tǒng)中必然還有完成特定任務的應用軟件，這些軟件架構在嵌入式操作系統(tǒng)和中間件軟件之上，針對特定的硬件需求完成相應的計算任務，是嵌入式系統(tǒng)功能的最后實現(xiàn)者，其設計和應用需求緊密相關，開發(fā)過程與普通應用軟件的開發(fā)過程類似，是系統(tǒng)設計的最后環(huán)節(jié)。嵌入式系統(tǒng)中的硬件資源環(huán)境一般比較苛刻，嵌入式微處理器和微控制器的內存一般都不大，要在如此緊張的資源下完成復雜的功能，這就要求嵌入式系統(tǒng)軟件必須盡量的小巧、穩(wěn)定和高效。在此情況下，作為移動嵌入式設備用戶，如果面對的是一般的通用操作系統(tǒng)，往往無法忍受漫長的啟動時間，同時，對于嵌入式操作系統(tǒng)來說，也要盡量縮短其啟動時間，以達到用戶的要求，并且啟動時間已經成為影響用戶對產品選擇的重要因素，因此，需要采用新的方法來減少嵌入式操作系統(tǒng)的啟動時間。
技術實現(xiàn)思路
本專利技術的目的在于提供一種。本專利技術解決其技術問題采用的技術方案如下1)程序中斷狀態(tài)檢測①通過控制臺激活守護進程；②檢測程序是否處在中斷中，如果是的話，就取消保存的操作；③建立虛擬終端；2)鏡像的保存①結束除內核態(tài)進程，僵死進程，當前進程之外所有的進程，釋放盡可能多的內存空間；②向在性能管理模塊中注冊了的設備發(fā)送系統(tǒng)掛起的通知； ③把當前CPU寄存器中的所有修改過的數(shù)值存入內存，保存當前狀態(tài)下的CPU的寄存器的值到內存中，統(tǒng)計一共有多少個內存頁面需要保存，并把內存頁面復制到內存中新的區(qū)域④鎖定除片內存儲器外所有使用中的交換設備，把復制好的內存頁面寫入到片內存儲設備里面，并把每個交換頁的地址保存下來，并將這些頁表目錄寫入到交換分區(qū)；⑤制作出鏡像的頭部信息，把鏡像頭部信息寫入到交換分區(qū)里面，并使得所有的交換設備可用；⑥關機或者重新啟動系統(tǒng)；3)鏡像的恢復①開機啟動內核，完成進程的初始化和基本的啟動過程，并進行一些必要的條件檢測，確定目標交換分區(qū)的塊大小；②創(chuàng)建一個虛擬的控制臺；③檢測片內存儲器是否為目標交換分區(qū)，從片內存儲器里讀取鏡像的頭部信息，并進行一致性的檢測；④重新在內存中創(chuàng)建頁表目錄，從片內存儲器里面讀取出保存的頁表目錄，從創(chuàng)建頁表里面讀取所有的保存的內存頁面到內存中；⑤把當前CPU寄存器中的所有修改過的數(shù)值存入內存；⑥把剛剛恢復到內存中的頁面復制到原來的位置，恢復CPU寄存器的值，釋放掉在休眠時分配的頁；⑦向在性能管理模塊中注冊了的設備發(fā)送系統(tǒng)恢復的通知；⑧重新啟動在保存鏡像過程中暫停的進程。本專利技術與
技術介紹
相比，具有的有益的效果是本專利技術是一種基于硬件鏡像的嵌入式操作系統(tǒng)啟動優(yōu)化方法，其主要功能是系統(tǒng)在嵌入式CPU內部的片內存儲器容量允許的情況下，相對于外部設備總線上的片外Flash來說，其速度提升顯著。(1)高效性。在嵌入式操作系統(tǒng)關閉時，內核鏡像保存在片內存儲器中，充分利用了現(xiàn)有嵌入式CPU片內存儲器的容量、速度日益強大的特點。(2)啟動時間加快。在嵌入式操作系統(tǒng)啟動時，從保存在片內存儲器上的內核鏡像進行啟動，可以顯著加速系統(tǒng)引導和重新啟動的速度，減少用戶等待的時間。附圖說明附圖是本專利技術過程的示意圖。具體實施例方式下面結合附圖對本專利技術作進一步的說明。一種，其具體實施方法如下1)程序中斷狀態(tài)檢測①在嵌入式操作系統(tǒng)正常啟動之后，在控制臺中通過命令行方式改變系統(tǒng)交換狀態(tài)，進而激活守護進程。②守護進程首先檢查代表進程是否可掛起的變量值，如果值不為0，即表示可以進行后續(xù)的工作，接下來判斷進程是否在中斷中執(zhí)行，如果不是開始對系統(tǒng)的保存，如果是在中斷中執(zhí)行，就說明發(fā)生了錯誤，就取消保存的操作。③建立虛擬終端，用于顯示調試信息。2)鏡像的保存①檢查內核中的進程狀態(tài)，結束除內核態(tài)進程，僵死進程，當前進程之外所有的進程，釋放盡可能多的內存空間，以減少內存鏡像的大小；若想釋放一定的內存空間有兩種辦法一種是喚醒頁面交換進程，調入更多的內存頁面；另外一種方法是從內核中釋放物理內存頁面，這樣就達到了釋放盡可能多的內存空間的目的。②接下來對嵌入式操作系統(tǒng)中的驅動程序進行處理，向在性能管理模塊中注冊了的設備發(fā)送系統(tǒng)掛起的通知。③嵌入式操作系統(tǒng)把當前CPU寄存器中的所有修改過的數(shù)值存入內存。這需要通知編譯器插入一個內存屏障，但該內存屏障對硬件無效，編譯后的代碼會把當前CPU寄存器中的所有修改過的數(shù)值存入內存，需要這些數(shù)據(jù)的時候再重新從內存中讀出。保存當前狀態(tài)下的CPU的寄存器的值到內存中，用來保存這些值的數(shù)據(jù)具有打包屬性，可將其成員變量緊湊排列。統(tǒng)計一共有多少個內存頁面需要保存，創(chuàng)建兩個掛起頁面本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術保護點】
一種嵌入式操作系統(tǒng)硬件鏡像啟動優(yōu)化的實現(xiàn)方法，其特征在于：１）程序中斷狀態(tài)檢測①通過控制臺激活守護進程；②檢測程序是否處在中斷中，如果是的話，就取消保存的操作；③建立虛擬終端；２）鏡像的保存① 結束除內核態(tài)進程，僵死進程，當前進程之外所有的進程，釋放盡可能多的內存空間；②向在性能管理模塊中注冊了的設備發(fā)送系統(tǒng)掛起的通知；③把當前ＣＰＵ寄存器中的所有修改過的數(shù)值存入內存，保存當前狀態(tài)下的ＣＰＵ的寄存器的值到內存中，統(tǒng) 計一共有多少個內存頁面需要保存，并把內存頁面復制到內存中新的區(qū)域；④鎖定除片內存儲器外所有使用中的交換設備，把復制好的內存頁面寫入到片內存儲設備里面，并把每個交換頁的地址保存下來，并將這些頁表目錄寫入到交換分區(qū)；⑤制作出鏡像 的頭部信息，把鏡像頭部信息寫入到交換分區(qū)里面，并使得所有的交換設備可用；⑥關機或者重新啟動系統(tǒng)；３）鏡像的恢復①開機啟動內核，完成進程的初始化和基本的啟動過程，并進行一些必要的條件檢測，確定目標交換分區(qū)的塊大小； ②創(chuàng)建一個虛擬的控制臺；③檢測片內存儲器是否為目標交換分區(qū)，從片內存儲器里讀取鏡像的頭部信息，并進行一致性的檢測；④重新在內存中創(chuàng)建頁表目錄，從片內存儲器里面讀取出保存的頁表目錄，從創(chuàng)建頁表里面讀取所有的保存的內存頁面到 內存中；⑤把當前ＣＰＵ寄存器中的所有修改過的數(shù)值存入內存；⑥把剛剛恢復到內存中的頁面復制到原來的位置，恢復ＣＰＵ寄存器的值，釋放掉在休眠時分配的頁；⑦向在性能管理模塊中注冊了的設備發(fā)送系統(tǒng)恢復的通知；⑧重新啟 動在保存鏡像過程中暫停的進程。...

【技術特征摘要】
1.一種嵌入式操作系統(tǒng)硬件鏡像啟動優(yōu)化的實現(xiàn)方法，其特征在于1)程序中斷狀態(tài)檢測①通過控制臺激活守護進程；②檢測程序是否處在中斷中，如果是的話，就取消保存的操作；③建立虛擬終端；2)鏡像的保存①結束除內核態(tài)進程，僵死進程，當前進程之外所有的進程，釋放盡可能多的內存空間；②向在性能管理模塊中注冊了的設備發(fā)送系統(tǒng)掛起的通知；③把當前CPU寄存器中的所有修改過的數(shù)值存入內存，保存當前狀態(tài)下的CPU的寄存器的值到內存中，統(tǒng)計一共有多少個內存頁面需要保存，并把內存頁面復制到內存中新的區(qū)域；④鎖定除片內存儲器外所有使用中的交換設備，把復制好的內存頁面寫入到片內存儲設備里面，并把每個交換頁的地址保存下來，并將這些頁表目錄寫入到交換分區(qū)；⑤制作出鏡像的頭部信息，把...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：陳天洲，胡威，沙峰，連毅，
申請(專利權)人：浙江大學，
類型：發(fā)明
國別省市：86[中國|杭州]