CN1323361C - 一种使用多个启动程序存储器的处理器系统及其启动方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种使用多个启动程序存储器的处理器系统及其启动方法。处理器系统包括：处理器单元、选择信号产生单元、以及通过数据总线和地址总线与处理器单元相连的至少两个启动程序存储器，所述选择信号产生单元与所述处理器单元和所述至少两个启动程序存储器连接，其特征在于：进一步包括与处理器单元和所述选择信号产生单元连接的选择信号产生控制单元、及与所述选择信号产生控制单元相连的非易失电可改写存储器。处理器系统不需要外加内容错误检测装置，不需要处理器进行内容错误检测，可以自动识别启动程序的错误，在检测到无法启动的情况下可以自动复位，并切换到另一启动程序存储器进行启动。

Description

一种使用多个启动程序存储器的处理器系统及其启动方法

技术领域

本发明涉及处理器系统，具体地讲，涉及一种包含两个启动程序存储器的处理器系统及其启动方法。

背景技术

处理器系统在包括嵌入式应用领域和传统的计算机领域等多个领域有广泛的应用。在处理器系统中，启动(Boot)程序是处理器系统的基本软件。启动程序主要功能是初始化处理器系统，使系统启动运行。在传统的计算机中，称之为基本输入输出系统(Basic Input-Output System，BIOS)，主要提供计算机运行时最基本的硬件测试，定义计算机的特性并处理基本的工作。启动程序一般储存在非易失、电可改写的存储器中，例如Flash存储器、E2PROM等，在掉电的情况下可以保留内容，保证下一次上电时能够正常地启动，并可以对存储器重新编程，升级启动程序，增加新功能。

但是，启动程序的内容不一定能够保证完全正确。首先，启动程序使用的存储器虽然是非易失存储器，但是存储器的电路会随着时间而产生退化，存储的内容会发生变化，产生错误；另外，由于对启动程序升级，需要对启动程序存储器进行在线升级，由于断电等引起升级的中断，会造成启动程序错误，造成处理器系统不能启动。

现在，有多项使用两个启动程序存储器，保证启动程序的安全从而确保处理器系统正常启动的专利。例如，美国专利US5793943、US5835695、US6185696，其中描述的计算机系统使用两个启动程序存储器，在第一次上电时，选中其中的主启动程序存储器，处理器分析主启动程序存储器的内容检查是否错误，当发现错误时，片选产生电路禁止主启动程序存储器，选中从启动程序存储器，从启动程序存储器存储同样的启动程序，从而实现正常启动。这些技术的缺陷在于启动过程中启动程序存储器的内容是否错误是由处理器确认的，在程序错误，处理器无法启动程序存储器内容检查时，系统就无法进行启动。美国专利US6079016中描述的计算机系统也使用两个启动程序存储器，使用两个复位或者特定键盘输入控制产生复位信号，使片选产生电路选中不同的启动程序存储器。处理器启动时，如果发现错误，通过第二个复位信号控制片选产生电路选中第二启动程序存储器，重新进行启动。这个技术的缺陷在于不能自动发现启动程序的错误，需要人工干预，在嵌入式应用领域应用中不能自动重新启动，无法恢复错误。中国申请号01104726.7的专利描述了一种使在计算机系统中BIOS存储装置自动安全回复的方法，系统有分别储存用于启动计算机系统的第一BIOS程序与第二BIOS程序的主BIOS存储装置和安全回复BIOS存储装置；其中之一还包括BIOS快速程序。开机时先使安全回复BIOS存储装置通电，由错误检测电路检查第一BIOS程序，如有错误则通过BIOS快速程序将安全回复BIOS存储装置的内容再程序化主BIOS存储装置。芯片通电电路接着使前者断电而使后者通电，由后者继续计算机系统的开机程序。技术的缺陷在于存在一个外加的错误检测电路，实现比较困难，同时一个BIOS存储装置不能实现可编程。上述所有的技术还有一个较大的缺陷，就是启动程序存储器存在主从设置，在断电后必须默认从一个启动程序存储器启动，在默认启动程序存储器失效时存在较大的风险。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种易实现、可自动识别启动程序的错误的使用多个启动程序存储器的处理器系统。

本发明要解决的又一技术问题在于提供一种易实现，安全的启动使用多个启动程序存储器的处理器系统的方法。

为实现本发明要解决的技术问题，本发明使用多个启动程序存储器的处理器系统包括：

处理器单元、选择信号产生单元、以及通过数据总线和地址总线与处理器单元相连的至少两个启动程序存储器，所述选择信号产生单元与所述处理器单元和所述至少两个启动程序存储器连接，其特征在于：进一步包括与处理器单元和所述选择信号产生单元连接的选择信号产生控制单元、及与所述选择信号产生控制单元相连的非易失电可改写存储器。

为实现本发明要解决的又一技术问题，本发明使用多个启动程序存储器的处理器系统的启动方法包括：

(1)系统上电；

(2)处理器单元输出启动需要的选择信号、地址和数据；

(3)选择信号产生控制单元读取非易失电可改写存储器，根据读取的设置输出选择信号切换控制信号，作为控制选择信号产生单元输出选择信号的输出使能；如果非易失电可改写存储器中没有内容或者内容错误，选择信号产生控制单元默认选择一启动程序存储器或者随机选取一启动程序存储器，并把设置写入非易失电可改写存储器；

(4)选择信号产生单元输出选择信号给设定的启动程序存储器；

(5)设定的启动程序存储器被选中，系统开始启动；

(6)处理器单元启动成功，输出启动成功确认信号给选择信号产生控制单元；

(7)在处理器系统成功启动所需的时间内选择信号产生控制单元接收到启动成功确认信号，启动结束，否则，继续；

(8)选择信号产生控制单元改写非易失电可改写存储器，设置选中另外一个启动程序存储器；

(9)选择信号产生控制单元产生复位信号，复位系统；继续(2)，或者系统断电，继续(1)。

为实现本发明要解决的又一技术问题，本发明使用多个启动程序存储器的处理器系统实现选择系统中多个启动程序存储器中的一个进行启动的方法包括：

(1)系统已经上电并成功启动运行；

(2)处理器单元配置选择信号产生控制单元，改变非易失电可改写存储器中存储的设置；

(3)处理器单元配置选择信号产生控制单元产生复位信号复位系统，则从(5)执行，或者断电重起，继续；

(4)系统上电；

(5)处理器单元输出启动需要的选择信号、地址和数据；

(6)选择信号产生控制单元读取非易失电可改写存储器，根据读取的设置输出选择信号切换控制信号，作为控制选择信号产生单元输出选择信号的输出使能；

(7)选择信号产生单元输出选择信号给设定的启动程序存储器；

(8)设定的启动程序存储器被选中，系统开始启动；

(9)处理器单元启动成功，输出启动成功确认信号给选择信号产生控制单元；

(10)在处理器系统成功启动所需的时间内选择信号产生控制单元接收到启动成功确认信号，启动结束，否则，继续；

(11)选择信号产生控制单元改写非易失电可改写存储器，设置选中另外一个启动程序存储器；

(12)选择信号产生控制单元产生复位信号，复位系统；继续(5)，或者系统断电，继续(4)。

与现有技术相比，本发明所述的系统和方法，不需要外加内容错误检测装置，不需要处理器进行内容错误检测，可以自动识别启动程序的错误，在检测到无法启动的情况下可以自动复位，并切换到另一启动程序存储器进行启动，并自动存储可以成功启动的设置，提高启动的安全系数；系统中的启动程序存储器没有主从之分，可以对系统中的多个启动程序独立进行升级并可以指定启动程序存储器进行启动，并可以在指定启动程序存储器后存储设置，在断电之后重新上电后继续按照设置启动；系统可以系统中可以存在相同或者不相同的多个启动程序，利于系统启动程序的升级和测试，增加系统的启动安全性。

附图说明

图1是本发明使用多个启动程序存储器的处理器系统的示意图。

图2是图1中选择信号切换控制单元的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的详细描述：

如图1所示，本发明使用多个启动程序存储器的处理器系统包括：处理器单元101，选择信号产生控制单元102，选择信号产生单元103，多个启动程序存储器，以及非易失电可改写存储器106。多个启动程序存储器包括启动程序存储器A104、启动程序存储器B105、...、启动程序存储N107。

处理器单元101是系统的控制单元，也是启动的发起者，与选择信号产生控制单元102连接。处理器单元101与多个启动程序存储器通过数据总线和地址总线连接，并提供存储器的选择信号，包括片选、读信号和写信号。选择信号产生控制单元102产生选择信号切换控制信号控制切换多个启动程序存储器，并可改写非易失电可改写存储器106的内容。选择信号产生控制单元102通过控制接口与处理器单元101连接，控制接口可以采用电平信号方式来控制，或者采用内存接口，通过多个寄存器的不同设置，接收启动成功确认和切换多个启动程序存储器的命令。选择信号产生控制单元102与选择信号产生单元103连接，并提供选择信号切换的控制，输出多个信号采用电平方式控制选择信号产生单元103。选择信号产生控制单元102与非易失电可改写存储器106之间是存储器接口，可以通过这个接口对非易失电可改写存储器106读写。非易失电可改写存储器106存储系统当前的默认启动存储器的设置。选择信号产生单元103与处理器单元101连接，接收选择信号。选择信号产生单元103与选择信号产生控制单元102连接，接收选择信号切换控制信号，作为多个启动程序存储器的选择信号的输出使能信号。选择信号产生单元103与多个启动程序存储器连接，提供启动程序存储器的选择信号，根据选择信号切换控制信号的状态选择多个启动程序存储器中某一个的选择信号有效。启动程序存储器106与处理器单元101之间是数据总线和地址总线接口，接收地址信号和数据，与选择信号产生单103元之间是选择信号接口。

如图2所示，选择信号产生控制单元102包括定时器201、存储器控制器203和信号产生单元202。定时器201在上电或复位时启动，在超时后通过存储器控制器203的配置接口修改非易失电可改写存储器106的内容，并可以通过控制接口输入启动确认信号关闭定时器201，或者通过控制接口的输入来产生复位信号。信号产生单元202，通过控制接口或通过配置接口由存储器控制器203读取非易失电可改写存储器106的内容写入设置，产生选择信号切换控制信号。存储器控制器203，用来读写非易失电可改写存储器106，并可以通过控制接口由处理器单元101或者通过配置接口由定时器201写非易失电可改写存储器106，并可以在上电或复位后读取非易失电可改写存储器106，把读取的设置通过配置接口设置信号产生单元202。

选择信号产生单元103是一个带输出使能的缓冲器，把处理器单元101提供的选择信号复制成多组，提供给启动程序存储器A104和启动程序存储器B105或者其它的启动程序存储器，而选择信号产生控制单元102提供的选择信号切换控制信号作为输出使能信号，控制两组选择信号的输出。另外，可以增加对写信号的单独控制，增强系统的安全性。

多个启动程序存储器是普通的非易失电可改写存储器。可根据处理器单元对接口、电平和时序等要求进行选择。

非易失电可改写存储器106可以采用并行接口或者串行接口的非易失电可改写存储器，例如并行接口的FLASH、电可改写ROM，或者I2C(Inter-IntegratedCircuit)、SPI(Serial Peripheral Interface，串行外围接口)接口的电可改写ROM。

本发明的方法主要是增加了一个非易失电可改写存储器106存储系统当前的启动程序存储器选择的设置，在掉电情况下可以保留；同时，系统中不存在主从启动程序存储器设置。使用多个启动程序存储器的处理器系统的启动步骤如下：

系统上电；处理器单元101输出启动需要的选择信号、地址和数据；选择信号产生控制单元102读取非易失电可改写存储器106，根据读取的设置输出选择信号切换控制信号，作为控制选择信号产生单元103输出选择信号的输出使能；选择信号产生单元103输出选择信号给设定的启动程序存储器中的一个；设定的启动程序存储器104或者启动程序存储器B105或其它启动程序存储器被选中，系统开始启动；处理器单元101启动成功，输出启动成功确认信号给选择信号产生控制单元102；在定长时间内选择信号产生控制单元102接收到启动成功确认信号，启动结束。如果设置的启动程序存储器存储的启动程序错误，处理器系统无法正常启动，处理器单元101不会执行到输出启动成功确认信号，选择信号产生控制单元102在定时器超时后，选择信号产生控制单元102改写非易失电可改写存储器106的设置，设置选中另外一个启动程序存储器，选择信号产生控制单元102产生复位信号，复位系统，或者对系统断电并重新上电，系统重新启动。

本发明还提供了任意指定启动程序存储器启动的方法，可以实现启动程序升级后的立即测试，并且在启动不成功后自动切换启动程序存储器，复位重新启动，保证升级的安全性。详细步骤如下：

系统已经上电并成功启动运行；处理器单元101配置选择信号产生控制单元102，改变非易失电可改写存储器106中存储的设置；处理器单元101配置选择信号产生控制单元102产生复位信号复位系统，或者断电重起。复位系统则直接重新启动，断电则需要系统上电重新启动。在重新启动后，处理器单元101输出启动需要的选择信号、地址和数据；选择信号产生控制单元102读取非易失电可改写存储器，根据读取的设置输出选择信号切换控制信号，作为控制选择信号产生单元103输出选择信号的输出使能；选择信号产生单元103输出选择信号给设定启动启动程序存储器A104或者启动程序存储器B105或其它的启动程序存储器；设定的启动程序存储器被选中，系统开始启动；处理器单元101启动成功，输出启动成功确认信号给选择信号产生控制单元102；在定长时间内选择信号产生控制单元102接收到启动成功确认信号，启动结束。如果设置的启动程序存储器存储的启动程序错误，处理器系统无法正常启动，处理器单元101不会执行到输出启动成功确认信号，选择信号产生控制单元102在定时器超时后，选择信号产生控制单元102改写非易失电可改写存储器106的设置，设置选中另外一个启动程序存储器，选择信号产生控制单元102产生复位信号，复位系统，或者断电重新上电，系统重新启动。

Claims (3)

1、一种使用多个启动程序存储器的处理器系统，包括：处理器单元、选择信号产生单元、以及通过数据总线和地址总线与处理器单元相连的至少两个启动程序存储器，所述选择信号产生单元与所述处理器单元和所述至少两个启动程序存储器连接，其特征在于：进一步包括与处理器单元和所述选择信号产生单元连接的选择信号产生控制单元、及与所述选择信号产生控制单元相连的非易失电可改写存储器，所述选择信号产生控制单元包括与处理器单元相连的定时器、与选择信号产生单元相连的信号产生单元、和与非易失电可改写存储器相连的存储器控制器。

2、一种使用多个启动程序存储器的处理器系统的启动方法，其特征在于所述的方法包括：

(1)系统上电；

(2)处理器单元输出启动需要的选择信号、地址和数据；

(3)选择信号产生控制单元读取非易失电可改写存储器，根据读取的设置输出选择信号切换控制信号，作为控制选择信号产生单元输出选择信号的输出使能；如果非易失电可改写存储器中没有内容或者内容错误，选择信号产生控制单元默认选择一启动程序存储器或者随机选取一启动程序存储器，并把设置写入非易失电可改写存储器；

(4)选择信号产生单元输出选择信号给设定的启动程序存储器；

(5)设定的启动程序存储器被选中，系统开始启动；

(6)处理器单元启动成功，输出启动成功确认信号给选择信号产生控制单元；

(7)在处理器系统成功启动所需的时间内选择信号产生控制单元接收到启动成功确认信号，启动结束，否则，继续；

(8)选择信号产生控制单元改写非易失电可改写存储器，设置选中另外一个启动程序存储器；

(9)选择信号产生控制单元产生复位信号，复位系统；继续(2)，或者系统断电，继续(1)。

3、一种使用多个启动程序存储器的处理器系统实现选择系统中多个启动程序存储器中的一个进行启动的方法，其特征在于所述的方法包括：

(1)系统已经上电并成功启动运行；

(2)处理器单元配置选择信号产生控制单元，改变非易失电可改写存储器中存储的设置；

(3)处理器单元配置选择信号产生控制单元产生复位信号复位系统，则从(5)执行，或者断电重起，继续；

(4)系统上电；

(5)处理器单元输出启动需要的选择信号、地址和数据；

(6)选择信号产生控制单元读取非易失电可改写存储器，根据读取的设置输出选择信号切换控制信号，作为控制选择信号产生单元输出选择信号的输出使能；

(7)选择信号产生单元输出选择信号给设定的启动程序存储器；

(8)设定的启动程序存储器被选中，系统开始启动；

(9)处理器单元启动成功，输出启动成功确认信号给选择信号产生控制单元；

(10)在处理器系统成功启动所需的内选择信号产生控制单元接收到启动成功确认信号，启动结束，否则，继续；

(11)选择信号产生控制单元改写非易失电可改写存储器，设置选中另外一个启动程序存储器

(12)选择信号产生控制单元产生复位信号，复位系统；继续(5)，或者系统断电，继续(4)。

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