利用SD卡實(shí)現(xiàn)嵌入式Linux系統(tǒng)的自動(dòng)升級(jí)

摘要：提出了一種擴(kuò)展Uboot實(shí)現(xiàn)嵌入式設(shè)備操作系統(tǒng)維護(hù)與升級(jí)的方法。該方法將待升級(jí)的內(nèi)核和文件系統(tǒng)映像放入SD卡中，當(dāng)系統(tǒng)重啟時(shí)，擴(kuò)展后的Uboot會(huì)自動(dòng)檢測(cè)并讀取SD卡中的映像文件，再燒寫到嵌入式設(shè)備實(shí)現(xiàn)自動(dòng)升級(jí)。該方法較傳統(tǒng)的通過JTAG口、串口或者網(wǎng)口連接到主機(jī)，在主機(jī)上通過手動(dòng)輸入控制命令完成內(nèi)核或者文件系統(tǒng)的升級(jí)方式更為便捷高效。
關(guān)鍵詞：SD卡；Uboot；Linux；自動(dòng)升級(jí)

引言
隨著現(xiàn)代工業(yè)社會(huì)逐步向智能化社會(huì)的過度，嵌入式在現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)生活中扮演著至關(guān)重要的角色。32位的高性能、低成本、低功耗的嵌入式RISC(Reduced InstructionSet Computer)微處理器——ARM(Advanced RISC Machines)已經(jīng)成為應(yīng)用最廣泛的嵌入式微處理器。
目前，基于ARM的嵌入式系統(tǒng)在各個(gè)領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用，嵌入式系統(tǒng)的維護(hù)與升級(jí)也變的日益重要。由于新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)和對(duì)系統(tǒng)功能、性能等要求的不斷提高，開發(fā)者必須能夠針對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)和維護(hù)，以延長(zhǎng)系統(tǒng)的使用周期，改善系統(tǒng)性能，增強(qiáng)系統(tǒng)適應(yīng)性。
傳統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)升級(jí)，首先通過JTAG接口將Bootloader燒寫到目標(biāo)板的Flash中，然后在Bootloader中，將內(nèi)核映像文件和文件系統(tǒng)映像文件通過串口或者網(wǎng)絡(luò)下載并燒寫到Flash。若需對(duì)內(nèi)核或文件系統(tǒng)升級(jí)，則要按照上述方法重新燒寫新的映像文件，直接覆蓋原來的映像文件。這類方法，一方面必須將嵌入式設(shè)備和主機(jī)通過串口線或者網(wǎng)線相連接；另一方面需要人工手動(dòng)輸入控制命令，而且通過串口或網(wǎng)絡(luò)下載映像文件速度非常慢。
本文針對(duì)嵌入式Linux操作系統(tǒng)提出了一種新的升級(jí)機(jī)制，即通過將映像文件拷貝到SD卡中，由擴(kuò)展后的Uboot實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自動(dòng)升級(jí)，這個(gè)方法可以有效克服傳統(tǒng)升級(jí)方法的局限，簡(jiǎn)化系統(tǒng)升級(jí)步驟，提高升級(jí)速度。

1 工作原理
一個(gè)嵌入式Linux系統(tǒng)從軟件的角度看通?？梢苑譃?個(gè)層次：Bootloader、Linux內(nèi)核、文件系統(tǒng)和用戶應(yīng)用程序。這4個(gè)層次中，Boot loader一般是按照嵌入式系統(tǒng)的硬件配置定制的，是嵌入式系統(tǒng)加電以后運(yùn)行的第一段軟件代碼。要對(duì)Bootloader升級(jí)只能通過人工手動(dòng)完成，不過一般嵌入式系統(tǒng)在硬件平臺(tái)沒有變化的情況下是不需要對(duì)Bootloader進(jìn)行升級(jí)的。用戶應(yīng)用程序只是運(yùn)行在Linux操作系統(tǒng)上的一個(gè)程序，其升級(jí)方法簡(jiǎn)單，一般可以通過網(wǎng)絡(luò)直接進(jìn)行升級(jí)。Linux內(nèi)核和文件系統(tǒng)的升級(jí)不像Bootloader那樣基本不需要升級(jí)，也不像應(yīng)用程序那樣很容易完成升級(jí)。目前，對(duì)于Linux內(nèi)核和文件系統(tǒng)的升級(jí)一般都是在Bootloader中實(shí)現(xiàn)的。
通過對(duì)Uboot的功能進(jìn)行擴(kuò)充，加入了系統(tǒng)升級(jí)的功能。例如，用戶需要對(duì)嵌入式設(shè)備上的Linux內(nèi)核或文件系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)，只需要將新的Linux內(nèi)核或文件系統(tǒng)映像，命名為指定的名稱拷貝到SD卡中。如果此時(shí)系統(tǒng)處于非運(yùn)行狀態(tài)，只需要重新啟動(dòng)嵌入式設(shè)備即可進(jìn)行升級(jí)
過程；如果系統(tǒng)處于運(yùn)行狀態(tài)，Linux系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)檢測(cè)SD卡是否存在相應(yīng)的升級(jí)文件，存在則自動(dòng)reboot，這樣也完成了系統(tǒng)的升級(jí)。
不論系統(tǒng)是否處于運(yùn)行狀態(tài)，真正的系統(tǒng)升級(jí)過程都是在Uboot中完成的。設(shè)備重啟時(shí)，首先運(yùn)行Uboot，在這過程中Uboot完成系統(tǒng)初始化之后，在引導(dǎo)內(nèi)核之前先檢查SD卡中是否有Linux內(nèi)核或文件系統(tǒng)映像文件。若有，則讀取映像文件到SDRAM當(dāng)中，然后通過Uboot中的Flas h命令將內(nèi)核或者文件系統(tǒng)映像燒寫到相應(yīng)的分區(qū)當(dāng)中來完成升級(jí)；若無，則直接啟動(dòng)系統(tǒng)，具體流程如圖1所示。