嵌入式实时操作系统的设计与开发（十）-Toy模板网

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RTOS的引导模式

RTOS的引导是指将操作系统装入内存并开始执行的过程。在嵌入式系统的实际应用中，针对不同应用环境，对时间效率和空间效率有不同的要求。因此，操作系统启动时应充分考虑这两种限制。

时间限制主要包括两种情况：系统要求快速启动和系统启动后要求程序能实时运行。
空间限制主要包括两种情况：Flash等非易失性存储空间限制和RAM等易失性存储空间限制。

通常不可能同时满足两种要求，需根据具体情况进行折中处理，此时RTOS的引导分为如下两种模式。

需要Bootloader的引导模式

Bootloader是RTOS内核运行之前执行的一小段程序，它将RTOS内核从外部存储介质复制到内存中，并让PC跳转到刚复制到内存的内核的首条指令。在嵌入式系统中，Bootloader依赖于硬件，几乎不可能建立一个通用的Bootloader。不同的CPU体系结构都有不同的Bootloader，此外，Bootloader还依赖于具体的嵌入式板级设备的配置。

对于采用高性能RAM的系统，出于成本，RAM空间有一点限制，此时一般采用Bootloader的引导方式：由Loader程序把RTOS内核中的数据段复制到RAM中，代码段在Flash中运行。因为代码段在低速的Flash中运行，该方式节省空间的同时，却牺牲了时间。这种引导方式适合于硬件成本低，运行速度较慢的嵌入式系统，但启动时间却较快。

如果RAM空间没有限制，足够程序运行时，由Loader程序把RTOS内核从非易失性存储介质全部复制到RAM中，对于某些压缩的内核，复制后还需要解压。此时，不能满足对启动速度要求特别高的系统，但是系统运行速度却得到了保障。

不需要Bootloader的引导模式

对于实时性要求较高的系统，通常要求系统能快速启动。由于将Flash中的代码复制到RAM中的操作会带来一定的时间开销，因此，对于此类系统启动时无须Bootloader，而直接在NORFlash或ROM等可以做主存的非易失性存储介质中运行，已达到较快的启动速度。但这种引导模式不能满足运行速度的要求，因为Flash的访存时间与RAM的访存时间存在数量级上的差距。

通常，除了在上述两种引导模式中考虑时间、空间效率以外，出于空间效率的要求，需要对RTOS内核使用压缩工具进行压缩，在RTOS引导时，采用逆向解压缩算法解压。同时，出于实时性考虑，压缩算法不能过于复杂，否则压缩、解压过程耗费大量时间将于启动限制发生严重冲突。采用压缩策略并不一定会增加系统启动时间，因为压缩、解压过程虽然消耗了一定的时间，但由于内核体积小，由Flash复制到RAM的时间相应减少，有可能反而减少了时间消耗。

以VxWorks操作系统为例，VxWorks Image分为在ROM和RAM中运行两种，在ROM中运行的VxWorks Image是非压缩的，不需要解压；但在RAM中运行的VxWorks Image是压缩的，引导时需要解压COPY所有的text和data到RAM中。

Bootloader

Bootloader可以拆分成两部分：一个是boot，另一个是loader。

Boot：意味着系统启动时会从这里启动，也就是按开机键后，CPU执行的第一条代码就是Boot的代码，因此Boot的代码要存储在CPU的第一条指令的地址处。
Loader：加载内核映像。

从上面可以看出，在PC上，BIOS满足上面的特性，因为PC启动时就是从BIOS的地址处启动的，然后BIOS的代码读取硬盘的第一扇区的数据，即引导程序，然后将控制权交给引导程序，由引导加载操作系统内核代码运行。

而在嵌入式系统中，Vivi和Uboot等就是Bootloader，这些程序都是开机时就启动，启动后会从NAND Flash或SD卡等存储设备中将RTOS内核程序代码复制到SDRAM中，然后执行内核代码。
aCoral的Bootloader是start.s文件。文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-471587.html

存储介质划分方法

按存储介质分类。作为存储介质的基本要求，必须具备能够显示两个有明显区别的物理状态的性质，分别用来表示二进制0和1.另一方面，存储器的存取速度又取决于该物理状态的改变速度。目前使用的存储介质主要是半导体器件和磁性材料，用半导体器件组成的存储器称为半导体存储器，用磁性材料做成的存储器称为磁表面存储器，如磁盘存储器和磁带存储器。
按存取方式分类。如果存储器中任何存储单元的内容都能被随机存取，且存取时间和存储单元的物理位置有关，这种存储器称为随机存储器。半导体存储器和磁芯存储器都是随机存储器。如果存储器只能按某种顺序来存取，也就是说存取时间和存储单元的物理位置有关，这种存储器称为顺序存储器。例如，磁带存储器就是顺序存储器。一般来说，顺序存储器的存取周期较长。磁盘存储器是半顺序存储器。
按存储器的读写功能分类。有些半导体存储器存储的内容是固定不变的，即只能读出而不能写入，因此这种半导体存储器被称为只读存储器（ROM）。既能读出又能写入的半导体存储器，称为随机存储器（RAM）。
按信息的保存性分类。断电后信息即消失的存储器，称为非永久记忆的存储器。断电后仍能保存信息的存储器，称为永久性记忆的存储器（ROM）。磁性材料做成的存储器是永久性存储器，半导体读写存储器RAM是非永久性存储器。
按串、并行存储方式分类。目前使用的半导体存储器大多为并行存取方式，但也有串行存取方式工作的存储器，如电耦合器件（CCD）等。

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