引言

嵌入式系統(tǒng)在各個領域有著廣泛的應用，嵌入式系統(tǒng)的維護與升級也變得日益重要。由于新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)和對系統(tǒng)功能、性能等要求的不斷提高，開發(fā)者必須能夠針對系統(tǒng)進行升級和維護，以延長系統(tǒng)的使用周期，改善系統(tǒng)性能，增強系統(tǒng)適應性。

傳統(tǒng)的嵌入式升級方式通常由維護人員到達設備現(xiàn)場進行重新燒寫系統(tǒng)或者更換Flash存儲部件，當設備數(shù)量龐大并且分布范圍廣泛時，這種升級維護方式的工作量將非常大，而且耗費的時間長、成本高。隨著嵌入式技術(shù)的迅速發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)的遠程升級技術(shù)得到了快速發(fā)展。參考文獻提出了一種基于GPRS的嵌入式系統(tǒng)軟件的遠程在線升級，通過GPRS網(wǎng)絡實現(xiàn)對ARM嵌入式終端的系統(tǒng)軟件進行在線升級。這種方法的不足在于無法實現(xiàn)系統(tǒng)本身的遠程升級。參考文獻實現(xiàn)了一種在Bootloader中實現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)自動升級的方法，這種方法是將映像文件存儲在CF卡中，系統(tǒng)重啟時Bootloader將檢測CF卡中的映像文件，讀取映像文件并燒寫到目標板的Flash中，實現(xiàn)升級。如果終端的數(shù)量較大且分布廣泛，采用這種方法會增加很大的工作量。

本文針對嵌入式Linux操作系統(tǒng)提出了一種新的更新機制，并且基于ARM9微處理器和NAND Flash存儲器，對uboot和Linux內(nèi)核進行修改，實現(xiàn)了對嵌入式Linux系統(tǒng)的遠程自動更新?？朔藗鹘y(tǒng)方法工作量大的缺點，具有操作簡單、更新速度快的特點。

1 基本原理

1．1 總體結(jié)構(gòu)

支持遠程自動更新的嵌入式Linux系統(tǒng)機構(gòu)，它可以分為嵌入式終端和遠程管理系統(tǒng)兩部分。系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示，嵌入式終端采用基于ARM9架構(gòu)的AT91RM9200微處理器，采用擴展的32MB SDRAM，由2片16位數(shù)據(jù)寬度的SDRAM芯片HY57V281620并連而成，采用64MB NANDFla sh存儲芯片K9F1208，運行嵌入式Linux系統(tǒng)。遠程管理系統(tǒng)選用PC機。嵌入式終端通過以太網(wǎng)連接到遠程管理系統(tǒng)，管理人員可以通過telne t即可對各個嵌入式終端進行監(jiān)控、管理和遠程更新。

1．2 系統(tǒng)更新流程

本設計對uboot和Linux內(nèi)核進行改造，使其支持YAFFS2文件系統(tǒng)，對系統(tǒng)添加ftp、telnet等應用服務。系統(tǒng)更新流程如圖2所示。系統(tǒng)正常運行時管理人員可以通過telnet遠程登錄到嵌入式終端進行監(jiān)控和管理。當需要對系統(tǒng)進行更新時，通過遠程管理系統(tǒng)的ftp客戶端登錄到嵌入式終端，將需要更新的內(nèi)核映像和文件系統(tǒng)上傳到NAND Flash。上傳完畢后對原有的內(nèi)核映像和文件系統(tǒng)進行備份并重啟系統(tǒng)。系統(tǒng)重啟后uboot將NAND Flash中更新后的內(nèi)核映像和文件系統(tǒng)搬運到SDRAM中，然后跳轉(zhuǎn)到SDRAM中啟動Linux系統(tǒng)，掛載YAFFS2文件系統(tǒng)，啟動各種應用服務。

2 關(guān)鍵技術(shù)

2．1 uboot支持YAFFS2文件系統(tǒng)

YAFFS2是專門針對嵌入式設備，特別是使用NAND Flash作為存儲器的嵌入式設備而創(chuàng)建的一種文件系統(tǒng)。對uboot進行修改，使其支持YAFFS2文件系統(tǒng)，能夠?qū)⑾到y(tǒng)內(nèi)核和文件系統(tǒng)燒寫到NAND Flash，同時也能夠在NAND Flash中引導啟動系統(tǒng)。NAND Flash的分布圖如圖3所示。系統(tǒng)燒寫時，首先用JTAG丁具將uboot燒寫到NAND Flash的最前面；然后在uboot上執(zhí)行tftp命令將內(nèi)核映像zImage和根文件系統(tǒng)ramdisk傳送到SDRAM中；在uboot上執(zhí)行ymount命令掛載yaffs2文件系統(tǒng)；在uboot上執(zhí)行ywrm命令可以將zImage和ramdisk燒寫到NAND Flash中，此時也可以通過yls命令看到已經(jīng)燒寫的zImage和ramdisk。系統(tǒng)運行時，uboot從NAND Flash中引導zImage和ramdisk，在uboot上執(zhí)行ymount命令掛載YAFFS2文件系統(tǒng)；執(zhí)行yrdm命令將zImage和ramdisk讀到SDRAM相應的地址中；執(zhí)行g(shù)o命令開始引導內(nèi)核，首先解壓ramdisk．gz文件，然后跳轉(zhuǎn)到zImage處執(zhí)行，zImage自解壓后調(diào)用start_ker_nel()啟動內(nèi)核。

本實驗是將uboot直接燒寫在NAND Flash的chunk中，uboot在剩余的空間上掛載YAFFS2文件系統(tǒng)，并將zImage和ramdisk寫入文件系統(tǒng)。當系統(tǒng)運行起來后，在相同的NAND Flash空間上掛載YAFFS2文件系統(tǒng)后，可以看到和編輯uboot寫入的zImage和ramdisk。同樣uboot在啟動時也可以看到kernel寫入NAND Flash的文件。這樣就實現(xiàn)了在uhoot和kernel中都可以升級和更新系統(tǒng)。

2．2 YAFFS2文件系統(tǒng)制作 Y

AFFS(Yet Another Flash File System)文件系統(tǒng)是專門針對NAND閃存設計的嵌入式文件系統(tǒng)，它是一種類似于JFFS2的日志型文件系統(tǒng)。相對于JFFS2，YAFFS減少了一些功能，因此速度更快、占用內(nèi)存更少，并且對NAND Flash具有很好的保護機制，能夠延長NAND Flash的使用壽命。因此，YAFFS文件系統(tǒng)的出現(xiàn)，使得價格低廉的NAND Flash芯片具有高效性和健壯性。基于NANDFlash的YAFFS文件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖4所示。目前有YAFFS和YAFFS2 2個版本，2個版本的主要區(qū)別之一在于YAFFS2能夠更好地支持大容量的NAND Flash芯片。

嵌入式Linux內(nèi)核本身并不支持YAFFS2文件系統(tǒng)，實現(xiàn)Linux內(nèi)核對YAFFS2文件系統(tǒng)的支持有2種方法：一種是直接把YAFFS2編譯到內(nèi)核，另外一種是將YAFFS2編譯成單獨的模塊進行加載。為了方便調(diào)試，本文選用第二種方法。首先下載YAFFS2源碼，這里要注意uboot中的YAFFS2應該和內(nèi)核中的版本一致。然后將YAFFS2源碼解壓縮，進行相應的代碼修改，編譯生成yaffs2．ko模塊。將此模塊加到ramdisk中，系統(tǒng)啟動后掛載yaffs2．ko模塊，此時就可以對NAND Flash進行讀寫。

結(jié)語

本文針對嵌入式Linux操作系統(tǒng)，基于uboot和內(nèi)核對YAFFS2文件系統(tǒng)的支持，利用NAND Flash實現(xiàn)對嵌入式系統(tǒng)的遠程更新。本系統(tǒng)從NAND Flash中引導內(nèi)核與文件系統(tǒng)，可以省去NOR Flash，降低成本。通過以太網(wǎng)對遠程嵌入式終端進行自動更新，具有操作簡單、更新速度快的特點。