專利名稱：一種嵌入式芯片及其程序空間擴(kuò)展的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域，尤其涉及一種嵌入式芯片及其程序空間擴(kuò)展的方法。
背景技術(shù)：
在嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域，8位/16位單片機(jī)得到了廣泛的應(yīng)用，由于地址總線位數(shù)的限制，其程序區(qū)的大小有限，如8位機(jī)的程序空間大小最大為64Kbytes，如果系統(tǒng)的程序量大于64K bytes，就需要擴(kuò)展系統(tǒng)的程序空間。通常情況下是采用通用IO端口(GPIO，General Purpose Input/Output)擴(kuò)展地址線的方式，使地址總線的寬度增加，則對(duì)應(yīng)的程序空間自然得到擴(kuò)展。但是，此方法需要占用單片機(jī)有限的GPIO資源，擴(kuò)展的空間越大，占用的IO資源越多；同時(shí)，擴(kuò)展地址空間需要采用更大容量的對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)器件，結(jié)果將增加系統(tǒng)的成本，造成IO資源緊張。
為能夠充分利用8位/16位單片機(jī)有限的程序空間，實(shí)現(xiàn)程序區(qū)的擴(kuò)展，針對(duì)應(yīng)用NAND FLASH芯片的嵌入式系統(tǒng)，本方法提出了一種程序空間復(fù)用的概念系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)時(shí)按任務(wù)劃分，把在系統(tǒng)中不需要同時(shí)運(yùn)行的任務(wù)放在相同的程序空間；從NAND FLASH中運(yùn)行應(yīng)用程序。在滿足系統(tǒng)功能的前提下，實(shí)現(xiàn)固件的升級(jí)，有效地降低系統(tǒng)成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種嵌入式芯片及其程序空間擴(kuò)展的方法，用以充分利用8位/16位單片機(jī)有限的程序空間，實(shí)現(xiàn)程序區(qū)的擴(kuò)展。
本發(fā)明提供一種嵌入式系統(tǒng)芯片，包括只讀存儲(chǔ)器與隨機(jī)存儲(chǔ)器，通過(guò)地址總線與數(shù)據(jù)總線，和CPU相連，還包括非易失型存儲(chǔ)器接口，通過(guò)地址總線與數(shù)據(jù)總線，和CPU相連，用于與非易失型存儲(chǔ)器通訊連接；所述只讀存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)有啟動(dòng)程序，所述隨機(jī)存儲(chǔ)器包括第一存儲(chǔ)區(qū)與第二存儲(chǔ)區(qū)；所述存儲(chǔ)于只讀存儲(chǔ)器中的啟動(dòng)程序在系統(tǒng)上電時(shí)執(zhí)行，通過(guò)所述非易失型存儲(chǔ)器接口，將存儲(chǔ)于非易失型存儲(chǔ)器中的操作系統(tǒng)內(nèi)核程序復(fù)制到所述第一存儲(chǔ)區(qū)，同時(shí)切換第一存儲(chǔ)區(qū)為程序區(qū)，然后跳轉(zhuǎn)到所述第一存儲(chǔ)區(qū)執(zhí)行系統(tǒng)內(nèi)核程序；所述操作系統(tǒng)內(nèi)核程序執(zhí)行后，根據(jù)任務(wù)調(diào)度優(yōu)先級(jí)，將存儲(chǔ)于非易失型存儲(chǔ)器中的系統(tǒng)任務(wù)程序，通過(guò)所述非易失型存儲(chǔ)器接口，復(fù)制到所述第二存儲(chǔ)區(qū)中等待執(zhí)行。
所述復(fù)制到第一存儲(chǔ)區(qū)中的操作系統(tǒng)內(nèi)核程序執(zhí)行后，將存儲(chǔ)于非易失型存儲(chǔ)器中的系統(tǒng)通用任務(wù)程序，通過(guò)所述非易失型存儲(chǔ)器接口，復(fù)制到所述第一存儲(chǔ)區(qū)中等待執(zhí)行；由操作系統(tǒng)內(nèi)核程序復(fù)制到第二存儲(chǔ)區(qū)中等待執(zhí)行的系統(tǒng)任務(wù)程序?yàn)樘囟ㄈ蝿?wù)程序。
所述存儲(chǔ)于只讀存儲(chǔ)器中的啟動(dòng)程序，在將系統(tǒng)內(nèi)核程序復(fù)制到所述第一存儲(chǔ)區(qū)后，再將存儲(chǔ)于非易失型存儲(chǔ)器中的系統(tǒng)通用任務(wù)程序，通過(guò)所述非易失型存儲(chǔ)器接口，復(fù)制到所述第一存儲(chǔ)區(qū)中等待執(zhí)行；由系統(tǒng)內(nèi)核程序復(fù)制到第二存儲(chǔ)區(qū)中等待執(zhí)行的系統(tǒng)任務(wù)程序?yàn)樘囟ㄈ蝿?wù)程序。
所述復(fù)制到第一存儲(chǔ)區(qū)中的操作系統(tǒng)內(nèi)核程序在控制任務(wù)切換時(shí)，如果需要運(yùn)行的高優(yōu)先級(jí)任務(wù)不在所述第一與第二存儲(chǔ)區(qū)中，則通過(guò)所述非易失型存儲(chǔ)器接口，將存儲(chǔ)于非易失型存儲(chǔ)器中的高優(yōu)先級(jí)任務(wù)復(fù)制到所述第二存儲(chǔ)區(qū)中等待執(zhí)行。
所述非易失型存儲(chǔ)器為NAND FLASH存儲(chǔ)器。
所述隨機(jī)存儲(chǔ)器還包括系統(tǒng)專用數(shù)據(jù)區(qū)，用于存儲(chǔ)系統(tǒng)數(shù)據(jù)。
所述的芯片，進(jìn)一步包括直接存儲(chǔ)訪問(wèn)控制器，通過(guò)地址總線與數(shù)據(jù)總線，與CPU和非易失型存儲(chǔ)器接口相連，用于控制從非易失型存儲(chǔ)器向所述第一存儲(chǔ)區(qū)與第二存儲(chǔ)區(qū)復(fù)制程序。
本發(fā)明還提供一種對(duì)嵌入式系統(tǒng)的程序空間進(jìn)行擴(kuò)展的方法，包括如下步驟
(1)在嵌入式系統(tǒng)芯片中設(shè)置非易失型存儲(chǔ)器接口，并通過(guò)地址總線與數(shù)據(jù)總線，和芯片內(nèi)部集成的CPU、只讀存儲(chǔ)器與隨機(jī)存儲(chǔ)器相連；(2)將隨機(jī)存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)空間劃分為第一存儲(chǔ)區(qū)與第二存儲(chǔ)區(qū)；(3)將非易失型存儲(chǔ)器通過(guò)所述非易失型存儲(chǔ)器接口與所述嵌入式系統(tǒng)芯片相連；(4)將啟動(dòng)程序存儲(chǔ)于所述只讀存儲(chǔ)器中，將操作系統(tǒng)內(nèi)核程序與系統(tǒng)任務(wù)程序存儲(chǔ)于所述非易失型存儲(chǔ)器中的不同區(qū)間；(5)所述存儲(chǔ)于只讀存儲(chǔ)器中的啟動(dòng)程序在系統(tǒng)上電時(shí)執(zhí)行，通過(guò)所述非易失型存儲(chǔ)器接口，將存儲(chǔ)于非易失型存儲(chǔ)器中的操作系統(tǒng)內(nèi)核程序復(fù)制到所述第一存儲(chǔ)區(qū)，同時(shí)切換所述第一存儲(chǔ)區(qū)為程序區(qū)，然后跳轉(zhuǎn)到所述第一存儲(chǔ)區(qū)執(zhí)行系統(tǒng)內(nèi)核程序；(6)所述操作系統(tǒng)內(nèi)核程序執(zhí)行后，根據(jù)任務(wù)調(diào)度優(yōu)先級(jí)，將存儲(chǔ)于非易失型存儲(chǔ)器中的系統(tǒng)任務(wù)程序，通過(guò)所述非易失型存儲(chǔ)器接口，復(fù)制到所述第二存儲(chǔ)區(qū)中等待執(zhí)行。
其中所述步驟(4)，進(jìn)一步將系統(tǒng)通用任務(wù)程序也存儲(chǔ)于所述非易失型存儲(chǔ)器的特定區(qū)間；所述步驟(6)，復(fù)制到第一存儲(chǔ)區(qū)中的操作系統(tǒng)內(nèi)核程序執(zhí)行后，將存儲(chǔ)于非易失型存儲(chǔ)器中的系統(tǒng)通用任務(wù)程序，通過(guò)所述非易失型存儲(chǔ)器接口，復(fù)制到所述第一存儲(chǔ)區(qū)中等待執(zhí)行；由操作系統(tǒng)內(nèi)核程序復(fù)制到第二存儲(chǔ)區(qū)中等待執(zhí)行的系統(tǒng)任務(wù)程序?yàn)樘囟ㄈ蝿?wù)程序。
所述步驟(4)，進(jìn)一步將系統(tǒng)通用任務(wù)程序也存儲(chǔ)于所述非易失型存儲(chǔ)器的特定區(qū)間；所述步驟(5)，存儲(chǔ)于只讀存儲(chǔ)器中的啟動(dòng)程序，在將操作系統(tǒng)內(nèi)核程序復(fù)制到所述第一存儲(chǔ)區(qū)后，再將存儲(chǔ)于非易失型存儲(chǔ)器中的系統(tǒng)通用任務(wù)程序，通過(guò)所述非易失型存儲(chǔ)器接口，復(fù)制到所述第一存儲(chǔ)區(qū)中等待執(zhí)行；在步驟(6)中，由操作系統(tǒng)內(nèi)核程序復(fù)制到第二存儲(chǔ)區(qū)中等待執(zhí)行的系統(tǒng)任務(wù)程序?yàn)樘囟ㄈ蝿?wù)程序。
所述的方法，進(jìn)一步包括步驟(7)所述復(fù)制到第一存儲(chǔ)區(qū)中的操作系統(tǒng)內(nèi)核程序在控制任務(wù)切換時(shí)，如果需要運(yùn)行的高優(yōu)先級(jí)任務(wù)不在所述第一與第二存儲(chǔ)區(qū)中，則通過(guò)所述非易失型存儲(chǔ)器接口，將存儲(chǔ)于非易失型存儲(chǔ)器中的高優(yōu)先級(jí)任務(wù)復(fù)制到所述第二存儲(chǔ)區(qū)中等待執(zhí)行。
所述非易失型存儲(chǔ)器為NAND FLASH存儲(chǔ)器。
所述步驟(2)，進(jìn)一步將隨機(jī)存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)空間劃分出系統(tǒng)專用數(shù)據(jù)區(qū)，用于存儲(chǔ)系統(tǒng)數(shù)據(jù)。
所述步驟(5)與步驟(6)中的程序復(fù)制過(guò)程，是在芯片內(nèi)部集成的直接存儲(chǔ)訪問(wèn)控制器的控制下進(jìn)行的。
所述步驟(4)，存儲(chǔ)于非易失型存儲(chǔ)器中的程序，在編譯時(shí)，對(duì)需要在芯片內(nèi)部的相同存儲(chǔ)區(qū)運(yùn)行的程序，其對(duì)應(yīng)編譯地址相同。
所述步驟(7)，操作系統(tǒng)內(nèi)核程序在控制任務(wù)切換時(shí)，保留優(yōu)先級(jí)在一定范圍之內(nèi)的任務(wù)在第二存儲(chǔ)區(qū)中運(yùn)行，通過(guò)任務(wù)的優(yōu)先級(jí)作為任務(wù)程序是否需要在第二存儲(chǔ)區(qū)中運(yùn)行的標(biāo)志；在任務(wù)切換過(guò)程中，利用任務(wù)程序的優(yōu)先級(jí)判斷待運(yùn)行的任務(wù)的運(yùn)行空間是否應(yīng)該在第二存儲(chǔ)區(qū)中；如果否，則直接完成任務(wù)切換，運(yùn)行更高優(yōu)先級(jí)任務(wù)；如果應(yīng)該在第二存儲(chǔ)區(qū)中運(yùn)行，則從非易失型存儲(chǔ)器中復(fù)制高優(yōu)先級(jí)任務(wù)程序到第二存儲(chǔ)區(qū)中，然后運(yùn)行第二存儲(chǔ)區(qū)中的該任務(wù)程序。
本發(fā)明針對(duì)使用NAND FLASH的嵌入式系統(tǒng)，充分利用芯片內(nèi)部的有限的程序空間，以及芯片內(nèi)部程序區(qū)、數(shù)據(jù)區(qū)復(fù)用的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了程序從NAND FLASH中運(yùn)行，既擴(kuò)充了系統(tǒng)的程序空間，又降低了系統(tǒng)的成本，而且本發(fā)明所述方法需要占用系統(tǒng)GPIO資源，毋須更大容量空間的程序存儲(chǔ)器。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例的一種嵌入式芯片程序空間擴(kuò)展的系統(tǒng)框圖；
圖2是本發(fā)明實(shí)施例的緩存1、緩存2通用配置模式的存儲(chǔ)區(qū)間分配圖；圖3是本發(fā)明實(shí)施例的緩存1、緩存2影子配置模式下緩存1為程序區(qū)配置的存儲(chǔ)區(qū)間分配圖；圖4是本發(fā)明實(shí)施例的緩存1、緩存2影子配置模式下緩存1、2都為程序區(qū)配置的存儲(chǔ)區(qū)間分配圖；圖5是本發(fā)明實(shí)施例的固件的組成框圖；圖6是本發(fā)明實(shí)施例的固件運(yùn)行流程圖；圖7是本發(fā)明實(shí)施例的緩存1、緩存2以及NAND FLASH的設(shè)置示意圖，用以支持?jǐn)U展系統(tǒng)程序空間；圖8是本發(fā)明實(shí)施例的擴(kuò)展程序空間方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式
通常8位/16位單片機(jī)采用將程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分開(kāi)尋址的哈佛結(jié)構(gòu)，而本方法針對(duì)8位/16位單片機(jī)的特點(diǎn)，通過(guò)修改8位/16位單片機(jī)的讀、寫(xiě)控制方式，進(jìn)行了軟、硬件的特殊設(shè)計(jì)，使得系統(tǒng)既可以利用隨機(jī)存儲(chǔ)器作為系統(tǒng)的程序存儲(chǔ)器，又可以作為系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，做到了程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的復(fù)用；存儲(chǔ)器要作為系統(tǒng)的程序區(qū)使用，必須能夠進(jìn)行字節(jié)的讀操作，而NAND FLASH不能夠進(jìn)行字節(jié)的讀寫(xiě)操作，只能夠以頁(yè)(頁(yè)面大小為512字節(jié)或者2k字節(jié))作為操作的基本單位，其特點(diǎn)決定了NAND FLASH不適合作為系統(tǒng)的程序存儲(chǔ)區(qū)，本方法通過(guò)對(duì)系統(tǒng)任務(wù)切換相關(guān)內(nèi)核代碼的獨(dú)特設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)在任務(wù)切換時(shí)從NAND FLASH中實(shí)時(shí)拷貝程序代碼功能。
本發(fā)明的核心在于緩存的設(shè)計(jì)與使用方法對(duì)系統(tǒng)的RAM區(qū)進(jìn)行了特殊設(shè)計(jì)，使其既可以作為數(shù)據(jù)區(qū)使用，又可以作為程序區(qū)使用；在作為程序區(qū)使用時(shí)，通過(guò)系統(tǒng)軟件的特殊設(shè)計(jì)可以使不同的程序(任務(wù))運(yùn)行在本區(qū)間內(nèi)(比如本區(qū)間大小為4k bytes，10個(gè)任務(wù)可在此空間運(yùn)行，則相當(dāng)于程序空間擴(kuò)展了36k bytes)。
如圖1所示，為一種嵌入式芯片在支持8位/16位單片機(jī)程序空間擴(kuò)展時(shí)的系統(tǒng)框圖，在芯片內(nèi)部集成有8位/16位CPU內(nèi)核，BOOT ROM，DMAController，RAM；同時(shí)支持NAND FLASH Interface、GPIO等接口。
其中BOOT ROM為啟動(dòng)代碼區(qū)，在系統(tǒng)上電復(fù)位后首先運(yùn)行BOOT ROM區(qū)間的程序，啟動(dòng)代碼的功能包括(1)拷貝功能從NAND FLASH中拷貝操作系統(tǒng)內(nèi)核和部分應(yīng)用程序到緩存工作；(2)切換緩存1區(qū)為程序區(qū)，所謂“切換”是通過(guò)硬件的控制信號(hào)的切換完成的；(3)跳轉(zhuǎn)到RAM區(qū)間開(kāi)始執(zhí)行應(yīng)用程序。
DMA Controller無(wú)需CPU的參與，實(shí)現(xiàn)從NAND FLASH拷貝數(shù)據(jù)到RAM區(qū)。通過(guò)DMA Controller可以提高數(shù)據(jù)拷貝的速度，從而提高系統(tǒng)的任務(wù)切換速度；NAND FLASH Interface提供與NAND FLASH通訊的硬件接口；RAM系統(tǒng)的數(shù)據(jù)區(qū)；SFR單片機(jī)的特殊功能寄存器；緩存1、緩存2隨機(jī)存儲(chǔ)器，既可以作為程序區(qū)使用，又可以作為數(shù)據(jù)區(qū)使用；特別地，緩存就是特殊的RAM，與RAM的區(qū)別只是邏輯上的劃分。在物理上，它們可以是同一個(gè)RAM(造成整個(gè)RAM既可以作為數(shù)據(jù)區(qū)使用，又可以作為程序區(qū)使用)，或不同的RAM。緩存1和緩存2的工作模式可以通過(guò)軟件進(jìn)行配置，配置模式包括通用配置模式和影子配置模式。
在通用配置模式下，固件在BOOT ROM中運(yùn)行，緩存1和緩存2作為系統(tǒng)的數(shù)據(jù)區(qū)使用，可以從NAND FLASH中拷貝程序代碼到緩存1、緩存2；存儲(chǔ)區(qū)間劃分，如圖2所示，為通用模式存儲(chǔ)區(qū)間分配圖。
在影子配置模式下，分兩種情況(a)緩存1作為系統(tǒng)程序區(qū)使用，緩存2作為系統(tǒng)數(shù)據(jù)區(qū)使用，存儲(chǔ)區(qū)分配如圖3所示；(b)緩存1、緩存2同時(shí)作為系統(tǒng)的程序區(qū)使用，存儲(chǔ)區(qū)分配如圖4所示。
此三種情況，是在說(shuō)明了軟件的實(shí)現(xiàn)過(guò)程，實(shí)現(xiàn)方式對(duì)緩存進(jìn)行了分區(qū)，一部分區(qū)間下載操作系統(tǒng)的內(nèi)核(操作系統(tǒng)的內(nèi)核本升級(jí)使用)，另一部分作為不同任務(wù)的運(yùn)行空間存在。
在本發(fā)明所述的嵌入式芯片系統(tǒng)中，其中的固件組成如圖5所示，固件主要包括Boot Loader為系統(tǒng)的啟動(dòng)代碼模塊，保存在BOOT ROM區(qū)。在系統(tǒng)上電復(fù)位時(shí)，從NAND FLASH中拷貝Os Kernel、Universal Task到緩存1；切換緩存1為系統(tǒng)程序區(qū)；跳轉(zhuǎn)到緩存1區(qū)，執(zhí)行系統(tǒng)應(yīng)用程序；OS Kernel操作系統(tǒng)內(nèi)核代碼模塊，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的任務(wù)調(diào)度，擴(kuò)展程序空間的功能；Universal Task通用任務(wù)，只在上電復(fù)位時(shí)由Boot loader從NANDFLASH中拷貝到緩存1，不需要重復(fù)拷貝；主要為系統(tǒng)中使用頻繁的任務(wù)或函數(shù)；Special Task特殊任務(wù)，即可以在相同的程序空間緩存2中運(yùn)行的任務(wù)，系統(tǒng)中可以包含多個(gè)特殊任務(wù)以擴(kuò)展程序空間；從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)程序空間的擴(kuò)展。
如圖6所示，為固件支持系統(tǒng)運(yùn)行的主要流程圖，包括步驟601，設(shè)置緩存1為數(shù)據(jù)區(qū)；步驟602，從NAND FLASH中拷貝代碼到緩存1；步驟603，切換緩存1為程序區(qū)；步驟604，開(kāi)始多任務(wù)運(yùn)行。
固件運(yùn)行對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化后，為了可以在芯片內(nèi)部有限的程序空間運(yùn)行更大程序(大于芯片內(nèi)部的最大程序空間)，利用芯片內(nèi)部的緩存2空間，所有任務(wù)在微觀上是串行運(yùn)行的特點(diǎn)把緩存2空間作為程序擴(kuò)展的復(fù)用空間，即多個(gè)任務(wù)都可以在緩存2中運(yùn)行，需要擴(kuò)展程序空間，如圖7所示，用于擴(kuò)展系統(tǒng)程序空間的緩存1、緩存2以及NAND FLASH的設(shè)置方式圖。其中，所有的Special Task任務(wù)代碼保存在NAND FLASH的不同區(qū)間，所有Special Task代碼的運(yùn)行空間都指向緩存2數(shù)據(jù)區(qū)，即對(duì)應(yīng)的Special Task任務(wù)運(yùn)行位置都是緩存2。
針對(duì)UCOSII操作系統(tǒng)內(nèi)核公開(kāi)的特性，修改內(nèi)核的任務(wù)切換機(jī)制，保留優(yōu)先級(jí)在一定范圍內(nèi)的任務(wù)在緩存2空間運(yùn)行，通過(guò)任務(wù)的優(yōu)先級(jí)作為判斷任務(wù)代碼是否需要在緩存2中運(yùn)行的標(biāo)志。如圖8所示，為擴(kuò)展程序空間方法的流程圖，開(kāi)始執(zhí)行任務(wù)后(步驟801)，判斷是否一個(gè)任務(wù)結(jié)束需要進(jìn)行任務(wù)切換(步驟802)，如果不需要，則返回步驟801，繼續(xù)執(zhí)行當(dāng)前任務(wù)；如果需要，則要進(jìn)行任務(wù)切換，首先利用任務(wù)的優(yōu)先級(jí)來(lái)判斷待運(yùn)行的任務(wù)的運(yùn)行空間是否在緩存2中，即判斷高優(yōu)先級(jí)任務(wù)是否運(yùn)行在緩存2中(步驟803)；如果待運(yùn)行高優(yōu)先級(jí)任務(wù)的運(yùn)行空間不在緩存2中，則直接切換執(zhí)行高優(yōu)先級(jí)任務(wù)(步驟807)；如果待運(yùn)行高優(yōu)先級(jí)任務(wù)的運(yùn)行空間在緩存2中，則切換緩存2為數(shù)據(jù)區(qū)(步驟804)；然后，從NAND FLASH中拷貝待運(yùn)行的高優(yōu)先級(jí)任務(wù)代碼到緩存2中(步驟805)；之后，再切換緩存2為程序區(qū)(步驟806)；在緩存2中，執(zhí)行任務(wù)代碼(步驟807)。
由于任務(wù)擴(kuò)展的特殊方式，所有Special Task運(yùn)行在相同的程序空間緩存2，因此需要對(duì)編譯進(jìn)行相關(guān)的設(shè)置①分次編譯在緩存2中運(yùn)行的任務(wù)對(duì)應(yīng)編譯地址相同；②程序保存根據(jù)任務(wù)的優(yōu)先級(jí)的不同，把每一個(gè)在緩存2中運(yùn)行的任務(wù)的代碼分別保存到NAND FLASH的不同區(qū)間；③緩存中運(yùn)行函數(shù)特征要求對(duì)應(yīng)的函數(shù)代碼支持再入屬性。
通用的8位/16位單片機(jī)擴(kuò)展程序空間的方法是利用通用輸入/輸出端口(GPIO，General Purpose Input/Output)作為系統(tǒng)的地址線，實(shí)現(xiàn)可訪問(wèn)程序空間的擴(kuò)展，需要系統(tǒng)的GPIO資源，而且程序存儲(chǔ)器的容量也必須擴(kuò)展；本方法在不需要占用系統(tǒng)GPIO資源，毋須更大容量空間的程序存儲(chǔ)器，使程序從NAND FLASH中運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了程序空間的擴(kuò)展。
利用本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)下述特殊功能1、所有的應(yīng)用程序可以在芯片內(nèi)部緩存中運(yùn)行；2、系統(tǒng)的應(yīng)用程序在執(zhí)行過(guò)程中自動(dòng)進(jìn)行代碼檢測(cè)是否需要拷貝，動(dòng)態(tài)從NAND FLASH中拷貝代碼到芯片內(nèi)部緩存1、緩存2中運(yùn)行；3、利用有限的RAM空間，充分?jǐn)U展系統(tǒng)的程序空間；4、實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)固件的升級(jí)功能。
權(quán)利要求
1.一種嵌入式系統(tǒng)芯片，包括只讀存儲(chǔ)器與隨機(jī)存儲(chǔ)器，通過(guò)地址總線與數(shù)據(jù)總線，和CPU相連，其特征在于，還包括非易失型存儲(chǔ)器接口，通過(guò)地址總線與數(shù)據(jù)總線，和CPU相連，用于與非易失型存儲(chǔ)器通訊連接；所述只讀存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)有啟動(dòng)程序，所述隨機(jī)存儲(chǔ)器包括第一存儲(chǔ)區(qū)與第二存儲(chǔ)區(qū)；所述存儲(chǔ)于只讀存儲(chǔ)器中的啟動(dòng)程序在系統(tǒng)上電時(shí)執(zhí)行，通過(guò)所述非易失型存儲(chǔ)器接口，將存儲(chǔ)于非易失型存儲(chǔ)器中的操作系統(tǒng)內(nèi)核程序復(fù)制到所述第一存儲(chǔ)區(qū)，同時(shí)切換第一存儲(chǔ)區(qū)為程序區(qū)，然后跳轉(zhuǎn)到所述第一存儲(chǔ)區(qū)執(zhí)行系統(tǒng)內(nèi)核程序；所述操作系統(tǒng)內(nèi)核程序執(zhí)行后，根據(jù)任務(wù)調(diào)度優(yōu)先級(jí)，將存儲(chǔ)于非易失型存儲(chǔ)器中的系統(tǒng)任務(wù)程序，通過(guò)所述非易失型存儲(chǔ)器接口，復(fù)制到所述第二存儲(chǔ)區(qū)中等待執(zhí)行。
2.如權(quán)利要求1所述的芯片，其特征在于，所述復(fù)制到第一存儲(chǔ)區(qū)中的操作系統(tǒng)內(nèi)核程序執(zhí)行后，將存儲(chǔ)于非易失型存儲(chǔ)器中的系統(tǒng)通用任務(wù)程序，通過(guò)所述非易失型存儲(chǔ)器接口，復(fù)制到所述第一存儲(chǔ)區(qū)中等待執(zhí)行；由操作系統(tǒng)內(nèi)核程序復(fù)制到第二存儲(chǔ)區(qū)中等待執(zhí)行的系統(tǒng)任務(wù)程序?yàn)樘囟ㄈ蝿?wù)程序。
3.如權(quán)利要求1所述的芯片，其特征在于，所述存儲(chǔ)于只讀存儲(chǔ)器中的啟動(dòng)程序，在將系統(tǒng)內(nèi)核程序復(fù)制到所述第一存儲(chǔ)區(qū)后，再將存儲(chǔ)于非易失型存儲(chǔ)器中的系統(tǒng)通用任務(wù)程序，通過(guò)所述非易失型存儲(chǔ)器接口，復(fù)制到所述第一存儲(chǔ)區(qū)中等待執(zhí)行；由系統(tǒng)內(nèi)核程序復(fù)制到第二存儲(chǔ)區(qū)中等待執(zhí)行的系統(tǒng)任務(wù)程序?yàn)樘囟ㄈ蝿?wù)程序。
4.如權(quán)利要求1所述的芯片，其特征在于，所述復(fù)制到第一存儲(chǔ)區(qū)中的操作系統(tǒng)內(nèi)核程序在控制任務(wù)切換時(shí)，如果需要運(yùn)行的高優(yōu)先級(jí)任務(wù)不在所述第一與第二存儲(chǔ)區(qū)中，則通過(guò)所述非易失型存儲(chǔ)器接口，將存儲(chǔ)于非易失型存儲(chǔ)器中的高優(yōu)先級(jí)任務(wù)復(fù)制到所述第二存儲(chǔ)區(qū)中等待執(zhí)行。
5.如權(quán)利要求1所述的芯片，其特征在于，所述非易失型存儲(chǔ)器為NAND FLASH存儲(chǔ)器。
6.如權(quán)利要求1所述的芯片，其特征在于，所述隨機(jī)存儲(chǔ)器還包括系統(tǒng)專用數(shù)據(jù)區(qū)，用于存儲(chǔ)系統(tǒng)數(shù)據(jù)。
7.如權(quán)利要求1所述的芯片，其特征在于，進(jìn)一步包括直接存儲(chǔ)訪問(wèn)控制器，通過(guò)地址總線與數(shù)據(jù)總線，與CPU和非易失型存儲(chǔ)器接口相連，用于控制從非易失型存儲(chǔ)器向所述第一存儲(chǔ)區(qū)與第二存儲(chǔ)區(qū)復(fù)制程序。
8.一種對(duì)嵌入式系統(tǒng)的程序空間進(jìn)行擴(kuò)展的方法，其特征在于，包括如下步驟(1)在嵌入式系統(tǒng)芯片中設(shè)置非易失型存儲(chǔ)器接口，并通過(guò)地址總線與數(shù)據(jù)總線，和芯片內(nèi)部集成的CPU、只讀存儲(chǔ)器與隨機(jī)存儲(chǔ)器相連；(2)將隨機(jī)存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)空間劃分為第一存儲(chǔ)區(qū)與第二存儲(chǔ)區(qū)；(3)將非易失型存儲(chǔ)器通過(guò)所述非易失型存儲(chǔ)器接口與所述嵌入式系統(tǒng)芯片相連；(4)將啟動(dòng)程序存儲(chǔ)于所述只讀存儲(chǔ)器中，將操作系統(tǒng)內(nèi)核程序與系統(tǒng)任務(wù)程序存儲(chǔ)于所述非易失型存儲(chǔ)器中的不同區(qū)間；(5)所述存儲(chǔ)于只讀存儲(chǔ)器中的啟動(dòng)程序在系統(tǒng)上電時(shí)執(zhí)行，通過(guò)所述非易失型存儲(chǔ)器接口，將存儲(chǔ)于非易失型存儲(chǔ)器中的操作系統(tǒng)內(nèi)核程序復(fù)制到所述第一存儲(chǔ)區(qū)，同時(shí)切換所述第一存儲(chǔ)區(qū)為程序區(qū)，然后跳轉(zhuǎn)到所述第一存儲(chǔ)區(qū)執(zhí)行系統(tǒng)內(nèi)核程序；(6)所述操作系統(tǒng)內(nèi)核程序執(zhí)行后，根據(jù)任務(wù)調(diào)度優(yōu)先級(jí)，將存儲(chǔ)于非易失型存儲(chǔ)器中的系統(tǒng)任務(wù)程序，通過(guò)所述非易失型存儲(chǔ)器接口，復(fù)制到所述第二存儲(chǔ)區(qū)中等待執(zhí)行。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于所述步驟(4)，進(jìn)一步將系統(tǒng)通用任務(wù)程序也存儲(chǔ)于所述非易失型存儲(chǔ)器的特定區(qū)間；所述步驟(6)，復(fù)制到第一存儲(chǔ)區(qū)中的操作系統(tǒng)內(nèi)核程序執(zhí)行后，將存儲(chǔ)于非易失型存儲(chǔ)器中的系統(tǒng)通用任務(wù)程序，通過(guò)所述非易失型存儲(chǔ)器接口，復(fù)制到所述第一存儲(chǔ)區(qū)中等待執(zhí)行；由操作系統(tǒng)內(nèi)核程序復(fù)制到第二存儲(chǔ)區(qū)中等待執(zhí)行的系統(tǒng)任務(wù)程序?yàn)樘囟ㄈ蝿?wù)程序。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于所述步驟(4)，進(jìn)一步將系統(tǒng)通用任務(wù)程序也存儲(chǔ)于所述非易失型存儲(chǔ)器的特定區(qū)間；所述步驟(5)，存儲(chǔ)于只讀存儲(chǔ)器中的啟動(dòng)程序，在將操作系統(tǒng)內(nèi)核程序復(fù)制到所述第一存儲(chǔ)區(qū)后，再將存儲(chǔ)于非易失型存儲(chǔ)器中的系統(tǒng)通用任務(wù)程序，通過(guò)所述非易失型存儲(chǔ)器接口，復(fù)制到所述第一存儲(chǔ)區(qū)中等待執(zhí)行；在步驟(6)中，由操作系統(tǒng)內(nèi)核程序復(fù)制到第二存儲(chǔ)區(qū)中等待執(zhí)行的系統(tǒng)任務(wù)程序?yàn)樘囟ㄈ蝿?wù)程序。
11.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括步驟(7)所述復(fù)制到第一存儲(chǔ)區(qū)中的操作系統(tǒng)內(nèi)核程序在控制任務(wù)切換時(shí)，如果需要運(yùn)行的高優(yōu)先級(jí)任務(wù)不在所述第一與第二存儲(chǔ)區(qū)中，則通過(guò)所述非易失型存儲(chǔ)器接口，將存儲(chǔ)于非易失型存儲(chǔ)器中的高優(yōu)先級(jí)任務(wù)復(fù)制到所述第二存儲(chǔ)區(qū)中等待執(zhí)行。
12.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述非易失型存儲(chǔ)器為NAND FLASH存儲(chǔ)器。
13.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述步驟(2)，進(jìn)一步將隨機(jī)存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)空間劃分出系統(tǒng)專用數(shù)據(jù)區(qū)，用于存儲(chǔ)系統(tǒng)數(shù)據(jù)。
14.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述步驟(5)與步驟(6)中的程序復(fù)制過(guò)程，是在芯片內(nèi)部集成的直接存儲(chǔ)訪問(wèn)控制器的控制下進(jìn)行的。
15.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述步驟(4)，存儲(chǔ)于非易失型存儲(chǔ)器中的程序，在編譯時(shí)，對(duì)需要在芯片內(nèi)部的相同存儲(chǔ)區(qū)運(yùn)行的程序，其對(duì)應(yīng)編譯地址相同。
16.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述步驟(7)，操作系統(tǒng)內(nèi)核程序在控制任務(wù)切換時(shí)，保留優(yōu)先級(jí)在一定范圍之內(nèi)的任務(wù)在第二存儲(chǔ)區(qū)中運(yùn)行，通過(guò)任務(wù)的優(yōu)先級(jí)作為任務(wù)程序是否需要在第二存儲(chǔ)區(qū)中運(yùn)行的標(biāo)志；在任務(wù)切換過(guò)程中，利用任務(wù)程序的優(yōu)先級(jí)判斷待運(yùn)行的任務(wù)的運(yùn)行空間是否應(yīng)該在第二存儲(chǔ)區(qū)中；如果否，則直接完成任務(wù)切換，運(yùn)行更高優(yōu)先級(jí)任務(wù)；如果應(yīng)該在第二存儲(chǔ)區(qū)中運(yùn)行，則從非易失型存儲(chǔ)器中復(fù)制高優(yōu)先級(jí)任務(wù)程序到第二存儲(chǔ)區(qū)中，然后運(yùn)行第二存儲(chǔ)區(qū)中的該任務(wù)程序。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種嵌入式芯片及其程序空間擴(kuò)展的方法，通過(guò)修改8位/16位單片機(jī)的讀、寫(xiě)控制方式，進(jìn)行了軟、硬件的特殊設(shè)計(jì)，使得芯片系統(tǒng)既可以利用隨機(jī)存儲(chǔ)器作為系統(tǒng)的程序存儲(chǔ)器，又可以作為系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，做到了程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的復(fù)用；通過(guò)對(duì)系統(tǒng)任務(wù)切換機(jī)制的進(jìn)行設(shè)置，使系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)在任務(wù)切換時(shí)從NAND FLASH中實(shí)時(shí)拷貝程序代碼功能，以擴(kuò)展系統(tǒng)程序空間。本發(fā)明既擴(kuò)展了系統(tǒng)的程序空間，又降低了系統(tǒng)的成本。
文檔編號(hào)G06F9/46GK1801092SQ200610001348
公開(kāi)日2006年7月12日 申請(qǐng)日期2006年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月19日
發(fā)明者牛同斌, 謝律 申請(qǐng)人:北京中星微電子有限公司