操作系统实现之路-嵌入式系统软件的写入

上面介绍的嵌入式系统软件的加载，都是建立在软件已经被成功地写入到Flash或外部存储介质上的基础上的。但这些软件如何被写入这些存储介质上，则是另外一个需要介绍的问题。一般情况下，在硬件电路板开发完成之后，默认情况下所有存储设备，包括Boot ROM、Flash、外部存储器等都是空的。因此，要想使硬件运行，必须把相应的软件写入这些存储介质，以完成硬件的控制工作。

这涉及两个内容。

（1）Boot ROM软件的写入。Boot ROM中的软件是CPU复位后，开始执行的第一部分软件，因此只能通过硬件的方式来写入。

（2）Flash或外部存储介质软件的写入，即操作系统和应用程序映像的写入。这部分内容在写入前，Boot ROM中已经被成功写入内容，因此可利用Boot ROM软件提供的功能，把这些系统软件加载到Flash或外部存储介质中。

下面简单介绍这两部分内容的写入方式。

1.Boot ROM软件的写入

由于在Boot ROM软件写入前，系统是无法启动的，因此无法借用系统提供的软件功能来写入Boot ROM代码，只能通过硬件的方式。目前，常用的写入方式有两种。

（1）通过烧片的方式写入Boot ROM。即通过特殊的烧片设备，把已经编译好的Boot ROM软件烧入Boot ROM芯片中，然后再把Boot ROM芯片插到印制电路板上。一般情况下，Boot ROM、Flash等部件都是可随意在电路板上插入或拔出的。这种方式简便易行，但需要一种专门的烧片设备。

（2）通过JTAG（Join Test Action Group，IEEE标准）接口写入。JTAG接口是一个标准硬件接口，一般的CPU都提供。通过JTAG接口，可以直接驱动CPU执行特定的指令。这样在写入的时候，可以把JTAG接口的电缆，通过转换头与PC的串口或并口进行连接，然后通过PC上的软件驱动JTAG接口，把Boot ROM软件写入Boot ROM中。

这两种方式都经常使用，但第二种方式更加灵活，用途更加广泛。本书内容着重于嵌入式开发的操作系统内容的介绍，因此对这些硬件的实现不作介绍，感兴趣的读者可以参考相关的书籍。(www.xing528.com)

2.操作系统和应用程序映像的写入

在完成Boot ROM软件的写入后，操作系统和应用程序的映像就可以借助Boot ROM提供的服务来写入Flash或外部存储设备了。当然，对于Flash设备，也可以采用与Boot ROM类似的方法写入，但通常情况下，是通过调用Boot ROM提供的服务写入的。

一般情况下，Boot ROM软件会提供一些完成操作系统软件加载（这里的加载，指的是把嵌入式软件从所在的计算机写入嵌入式系统的过程，并不是指操作系统的启动过程）的功能服务，比如串口读写服务、Ethernet接口驱动、TFTP服务器等。通过这些服务，操作系统可方便地写入Flash或外部存储介质。

在系统启动的时候，Boot ROM软件会提供一个供用户选择是否更新系统软件的机会，若用户选择了更新软件，则会进入系统软件更新界面。比如，在IP路由器上，启动过程中，若通过串口连接路由器的控制口（比如Console接口）和PC的终端模拟软件（比如Windows的超级终端），则可能会显示如下界面：

如果用户在10s之内按了Ctrl+B组合键，则会进入如下界面（当然，如果用户不按该组合键，则系统会在等待10s之后，进入默认的启动过程）：

用户就可以选择是通过Console接口（COM接口）还是以太网接口来更新系统软件。在选择使用以太网接口更新软件之前，需要首先配置嵌入式系统的以太网接口，包括IP地址、网络掩码、默认网关等参数，配置完成之后，才能通过TFTP，把软件下载到目标系统上。

上面列出的用户交互内容，都是由位于Boot ROM内的软件完成的，因此，在一个复杂的嵌入式系统中，Boot ROM的功能往往也十分复杂，不但要完成正常的启动和硬件初始化（这部分代码可能比较少），而且要完成系统软件的更新等功能，还可能在Boot ROM中集成软件调试功能。

对于Boot ROM代码的编写，与硬件相关的内容，比如CPU的初始化、系统硬件的初始化等，是由汇编语言完成的，而更复杂的、与硬件无关的代码，则是采用可读性更强的C语言编写的。实际上，Boot ROM软件的开发也是一项很复杂的工程，有时甚至比操作系统和应用软件本身更加复杂。