利用SD卡實現(xiàn)嵌入式Linux系統(tǒng)的自動升級

摘要：提出了一種擴展Uboot實現(xiàn)嵌入式設備操作系統(tǒng)維護與升級的方法。該方法將待升級的內核和文件系統(tǒng)映像放入SD卡中，當系統(tǒng)重啟時，擴展后的Uboot會自動檢測并讀取SD卡中的映像文件，再燒寫到嵌入式設備實現(xiàn)自動升級。該方法較傳統(tǒng)的通過JTAG口、串口或者網口連接到主機，在主機上通過手動輸入控制命令完成內核或者文件系統(tǒng)的升級方式更為便捷高效。
關鍵詞：SD卡；Uboot；Linux；自動升級

引言
隨著現(xiàn)代工業(yè)社會逐步向智能化社會的過度，嵌入式在現(xiàn)代經濟生活中扮演著至關重要的角色。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)已經成為應用最廣泛的嵌入式微處理器。
目前，基于ARM的嵌入式系統(tǒng)在各個領域都有著廣泛的應用，嵌入式系統(tǒng)的維護與升級也變的日益重要。由于新技術的不斷涌現(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)的嵌入式系統(tǒng)升級，首先通過JTAG接口將Bootloader燒寫到目標板的Flash中，然后在Bootloader中，將內核映像文件和文件系統(tǒng)映像文件通過串口或者網絡下載并燒寫到Flash。若需對內核或文件系統(tǒng)升級，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備和主機通過串口線或者網線相連接；另一方面需要人工手動輸入控制命令，而且通過串口或網絡下載映像文件速度非常慢。
本文針對嵌入式Linux操作系統(tǒng)提出了一種新的升級機制，即通過將映像文件拷貝到SD卡中，由擴展后的Uboot實現(xiàn)系統(tǒng)自動升級，這個方法可以有效克服傳統(tǒng)升級方法的局限，簡化系統(tǒng)升級步驟，提高升級速度。

1 工作原理
一個嵌入式Linux系統(tǒng)從軟件的角度看通?？梢苑譃?個層次：Bootloader、Linux內核、文件系統(tǒng)和用戶應用程序。這4個層次中，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)加電以后運行的第一段軟件代碼。要對Bootloader升級只能通過人工手動完成，不過一般嵌入式系統(tǒng)在硬件平臺沒有變化的情況下是不需要對Bootloader進行升級的。用戶應用程序只是運行在Linux操作系統(tǒng)上的一個程序，其升級方法簡單，一般可以通過網絡直接進行升級。Linux內核和文件系統(tǒng)的升級不像Bootloader那樣基本不需要升級，也不像應用程序那樣很容易完成升級。目前，對于Linux內核和文件系統(tǒng)的升級一般都是在Bootloader中實現(xiàn)的。
通過對Uboot的功能進行擴充，加入了系統(tǒng)升級的功能。例如，用戶需要對嵌入式設備上的Linux內核或文件系統(tǒng)進行升級，只需要將新的Linux內核或文件系統(tǒng)映像，命名為指定的名稱拷貝到SD卡中。如果此時系統(tǒng)處于非運行狀態(tài)，只需要重新啟動嵌入式設備即可進行升級
過程；如果系統(tǒng)處于運行狀態(tài)，Linux系統(tǒng)會自動檢測SD卡是否存在相應的升級文件，存在則自動reboot，這樣也完成了系統(tǒng)的升級。
不論系統(tǒng)是否處于運行狀態(tài)，真正的系統(tǒng)升級過程都是在Uboot中完成的。設備重啟時，首先運行Uboot，在這過程中Uboot完成系統(tǒng)初始化之后，在引導內核之前先檢查SD卡中是否有Linux內核或文件系統(tǒng)映像文件。若有，則讀取映像文件到SDRAM當中，然后通過Uboot中的Flas h命令將內核或者文件系統(tǒng)映像燒寫到相應的分區(qū)當中來完成升級；若無，則直接啟動系統(tǒng)，具體流程如圖1所示。