專利名稱：一種嵌入式系統(tǒng)上電自檢方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種安全(Safety)領(lǐng)域內(nèi)設(shè)備上電自檢及故障隔離方法，尤其是涉及一種嵌入式系統(tǒng)上電自檢方法。
背景技術(shù)：
隨著科技的發(fā)展，人們越來越依賴各種智能電子設(shè)備，而其中一些直接涉及人身安全，如軌道交通運(yùn)控系統(tǒng)、飛機(jī)的飛行控制系統(tǒng)、汽車的電子控制系統(tǒng)等關(guān)鍵電子系統(tǒng)，如何確保這些電子系統(tǒng)安全可靠，成為必須解決的問題。在傳統(tǒng)的嵌入式設(shè)備中，通常上電自檢只是對內(nèi)存或特定硬件進(jìn)行檢測，并沒有考慮其它部件存在故障對系統(tǒng)的影響，尤其是安全相關(guān)的電子設(shè)備。通常傳統(tǒng)的上電自檢方法采用簡單的方法，并沒有考慮檢測覆蓋率，也就是說，它只對某一類型的故障檢測有效，檢測結(jié)果并不能完全代表設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種可靠、有效、故障檢測覆蓋率高的嵌入式系統(tǒng)上電自檢方法。本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):一種嵌入式系統(tǒng)上電自檢方法，該方法包括以下步驟:I)系統(tǒng)上電，對CPU寄存器進(jìn)行檢測，判斷CPU寄存器是否存在故障，若是，則進(jìn)行故障處理，若否，則執(zhí)行步驟2)；2)采用交叉走位法對內(nèi)存進(jìn)行檢測，判斷內(nèi)存是否存在故障，若是，則進(jìn)行故障處理，若否，則執(zhí)行步驟3)；3)對系統(tǒng)使用到的指令進(jìn)行分類，分別對各類別指令進(jìn)行測試，并將測試結(jié)果與預(yù)期測試結(jié)果向量進(jìn)行比對，判斷所有指令是否均通過測試，若是，則執(zhí)行步驟4)，若否，則進(jìn)行故障處理；4)對即將加載的操作系統(tǒng)文件及應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)進(jìn)行ROM完整性檢測，判斷需要加載的文件是否完整，若是，則退出檢測，若否，則進(jìn)入錯誤處理。所述的CPU寄存器包括通用寄存器、特殊寄存器和I/O接口寄存器。所述的交叉走位法的具體過程如下:測試內(nèi)存數(shù)據(jù)總線，在指定地址處將數(shù)據(jù)逐位移位賦值，測試內(nèi)存數(shù)據(jù)總線操作是否正確；測試地址總線，將特定數(shù)據(jù)放入不同的地址處，測試內(nèi)存地址總線是否正確；對整個內(nèi)存進(jìn)行數(shù)據(jù)及地址的遞增及遞減操作，在每次操作結(jié)束后，對操作結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，如通過則執(zhí)行步驟3)，否則直接返回錯誤結(jié)果。所述的指令的類別包括加、減、乘、除、移位、加載及存儲。所述的ROM完整性檢測采用的方法為基于MD5碼的文件完整性檢測方法。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):1、本發(fā)明考慮了嵌入式系統(tǒng)的關(guān)鍵部件(CPU、內(nèi)存、FLASH)失效問題以及拷貝過程中關(guān)鍵文件和數(shù)據(jù)損壞問題，采用的檢測方法診斷覆蓋率高，適用范圍廣(可推廣至各種ARM、X86嵌入式系統(tǒng)中);2、本發(fā)明的關(guān)鍵測試代碼可采用匯編語言開發(fā)，執(zhí)行效率高，無需更改現(xiàn)有硬件設(shè)計(jì)，而且該方法實(shí)現(xiàn)成本較低；3、診斷中發(fā)現(xiàn)了故障及時處理，將系統(tǒng)掛起。


圖1為本發(fā)明的流程示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。本實(shí)施例以本發(fā)明技術(shù)方案為前提進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。實(shí)施例如圖1所示，一種嵌入式系統(tǒng)上電自檢方法，該方法包括以下步驟:I)系統(tǒng)上電，在初始化階段對CPU寄存器進(jìn)行檢測，判斷CPU寄存器是否存在故障，若是，則進(jìn)行故障處理，若否，則執(zhí)行步驟2)；2)采用交叉走位法對內(nèi)存進(jìn)行檢測，判斷內(nèi)存是否存在故障，若是，則進(jìn)行故障處理，若否，則系統(tǒng)會進(jìn)行其它外設(shè)的初始化工作(初始化驅(qū)動、加載驅(qū)動設(shè)備程序、發(fā)現(xiàn)設(shè)備等操作)，如FLASH控制器，然后執(zhí)行步驟3)；3)對系統(tǒng)使用到的指令進(jìn)行分類，分別對各類別指令進(jìn)行測試，并將測試結(jié)果與預(yù)期測試結(jié)果向量進(jìn)行比對，判斷所有指令是否均通過測試，若是，則執(zhí)行步驟4)，若否，則進(jìn)行故障處理；4)當(dāng)文件系統(tǒng)組件可用時，在BootLoad程序加載操作系統(tǒng)前，對即將加載的關(guān)鍵文件(包括操作系統(tǒng)文件、應(yīng)用程序及數(shù)據(jù))進(jìn)行ROM完整性檢測，根據(jù)預(yù)存的MD5標(biāo)記值對文件進(jìn)行MD5比對運(yùn)算，判斷需要加載的文件是否完整，若是，則退出檢測，上電自檢流程結(jié)束，若否，則進(jìn)入錯誤處理。本方法中的故障處理(錯誤處理)均為根據(jù)實(shí)際故障采用現(xiàn)有的有效方法進(jìn)行處理，包括啟動備用設(shè)備、重啟或重新安裝等。為提高自檢執(zhí)行效率，該自檢方法關(guān)鍵自檢代碼全部采用匯編語言編寫；為提高開機(jī)內(nèi)存檢測速度，該部分代碼是在內(nèi)存中運(yùn)行，而非傳統(tǒng)的在閃存中或BIOS中運(yùn)行。本方法對嵌入式系統(tǒng)中典型的關(guān)鍵部件采用了高覆蓋率檢測方法，一旦發(fā)現(xiàn)故障，，程序立即進(jìn)入死循環(huán)，直接將系統(tǒng)掛起，確保系統(tǒng)運(yùn)行安全。上述嵌入式系統(tǒng)上電自檢方法具體由以下幾個子方法組成:1、CPU寄存器檢測方法通常在嵌入式系統(tǒng)中，系統(tǒng)上電時的CPU寄存器存取模式為管理模式。在管理模式下，可以讀寫大部分寄存器，包括通用寄存器、特殊寄存器、I/O接口寄存器。由于在管理模式或用戶模式下均可對通用寄存器進(jìn)行操作，因此對通用寄存器除進(jìn)行走位測試外，還應(yīng)進(jìn)行通用寄存器間故障耦合的測試，在此過程中，一旦發(fā)現(xiàn)寄存器錯誤，立即跳轉(zhuǎn)至錯誤處理部分，并返回測試結(jié)果，由BootLoad主程序根據(jù)錯誤結(jié)果進(jìn)行錯誤處理。通常特殊寄存器，I/O接口寄存器在初始化過程中已被配置，因此在測試過程中應(yīng)用通用寄存器保留配置值，通過測試后恢復(fù)配置值。對特殊寄存器，I/O接口寄存器的測試采用走位測試法。該部分代碼全部采用匯編語言編寫。2、內(nèi)存測試方法通常嵌入式系統(tǒng)在開發(fā)時考慮通用應(yīng)用開發(fā)，因此內(nèi)存配置一般余量較大，在上電自檢時只檢測操作系統(tǒng)和應(yīng)用所用到的內(nèi)存空間。對內(nèi)存測試采用的是“交叉走位法”，具體過程如下:首先測試內(nèi)存數(shù)據(jù)總線，在特定地址處將數(shù)據(jù)逐位移位賦值，測試內(nèi)存數(shù)據(jù)總線操作是否正確；接下來測試地址總線，將特定數(shù)據(jù)放入不同的地址處，測試內(nèi)存地址總線是否正確；最后對整個內(nèi)存進(jìn)行數(shù)據(jù)及地址的遞增及遞減操作，在每次操作結(jié)束后，對操作結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，如通過則進(jìn)入下一步操作，否則直接返回錯誤結(jié)果。內(nèi)存測試代碼可采用C語言開發(fā)，函數(shù)接口調(diào)用則采用匯編語言。由于上電初始化開始階段，通常代碼執(zhí)行是在FLASH中，眾所周知，內(nèi)存存取比FLASH快，而內(nèi)存測試是個耗時操作，如果測試代碼在FLASH中運(yùn)行，則上電初始化時間對于實(shí)時應(yīng)用來說過于漫長，因此必須將內(nèi)存測試代碼從FLASH中放入操作系統(tǒng)及應(yīng)用不用的內(nèi)存空間中，具體實(shí)現(xiàn)方法如下:在內(nèi)存測試代碼末中加入一個空函數(shù)，通過計(jì)算空函數(shù)與內(nèi)存測試函數(shù)對應(yīng)的地址差得到內(nèi)存測試代碼段大小，將內(nèi)存測試代碼從當(dāng)前內(nèi)存測試函數(shù)地址處拷入特定的內(nèi)存空間中(操作系統(tǒng)及應(yīng)用不用的內(nèi)存空間)，然后跳轉(zhuǎn)至內(nèi)存中的函數(shù)入口處。由于其它代碼仍要在FLASH中運(yùn)行，因此在跳轉(zhuǎn)過程中修改函數(shù)返回地址為調(diào)用跳轉(zhuǎn)指令后的下一條指令地址。3、匯編指令測試方法依據(jù)POWERPC指令列表及應(yīng)用可能用到的指令，將指令分成以下幾類:加、減、乘、除、移位、加載及存儲，按照EN50129標(biāo)準(zhǔn)要求準(zhǔn)備了一組高覆蓋率測試數(shù)據(jù)源，對這些指令進(jìn)行測試，測試結(jié)果與預(yù)期的測試向量表進(jìn)行比對，若，如果一致，則所有指令測試通過，則判定指令測試通過，反之若有任何一條指令測試不通過，則判定未通過測試，程序進(jìn)入錯誤處理。匯編指令測試代碼全部用匯編語言編寫，函數(shù)接口調(diào)用則采用C語言。4、ROM完糖件檢測在上電過程中，對即將加載的操作系統(tǒng)文件及應(yīng)用程序、數(shù)據(jù)進(jìn)行MD5碼完整性檢測。若操作系統(tǒng)文件及應(yīng)用程序、數(shù)據(jù)與預(yù)期MD5值一致，表示該文件在拷貝及存放時未被破壞，數(shù)據(jù)是完整的。反之則進(jìn)表示文件不完整，程序進(jìn)入錯誤處理。
權(quán)利要求
1.一種嵌入式系統(tǒng)上電自檢方法，其特征在于，該方法包括以下步驟: 1)系統(tǒng)上電，對CPU寄存器進(jìn)行檢測，判斷CPU寄存器是否存在故障，若是，則進(jìn)行故障處理，若否，則執(zhí)行步驟2)； 2)采用交叉走位法對內(nèi)存進(jìn)行檢測，判斷內(nèi)存是否存在故障，若是，則進(jìn)行故障處理，若否，則執(zhí)行步驟3)； 3)對系統(tǒng)使用到的指令進(jìn)行分類，分別對各類別指令進(jìn)行測試，并將測試結(jié)果與預(yù)期測試結(jié)果向量進(jìn)行比對，判斷所有指令是否均通過測試，若是，則執(zhí)行步驟4)，若否，則進(jìn)行故障處理； 4)對即將加載的操作系統(tǒng)文件及應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)進(jìn)行ROM完整性檢測，判斷需要加載的文件是否完整，若是，則退出檢測，若否，則進(jìn)入錯誤處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種嵌入式系統(tǒng)上電自檢方法，其特征在于，所述的CPU寄存器包括通用寄存器、特殊寄存器和I/O接口寄存器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種嵌入式系統(tǒng)上電自檢方法，其特征在于，所述的交叉走位法的具體過程如下: 測試內(nèi)存數(shù)據(jù)總線，在指定地址處將數(shù)據(jù)逐位移位賦值，測試內(nèi)存數(shù)據(jù)總線操作是否正確； 測試地址總線，將特定數(shù)據(jù)放入不同的地址處，測試內(nèi)存地址總線是否正確； 對整個內(nèi)存進(jìn)行數(shù)據(jù)及地址的遞增及遞減操作，在每次操作結(jié)束后，對操作結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，如通過則執(zhí)行步驟3)，否則直接返回錯誤結(jié)果。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種嵌入式系統(tǒng)上電自檢方法，其特征在于，所述的指令的類別包括加、減、乘、除、移位、加載及存儲。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種嵌入式系統(tǒng)上電自檢方法，其特征在于，所述的ROM完整性檢測采用的方法為基于MD5碼的文件完整性檢測方法。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種嵌入式系統(tǒng)上電自檢方法，該方法包括以下步驟1)系統(tǒng)上電，對CPU寄存器進(jìn)行檢測；2)采用交叉走位法對內(nèi)存進(jìn)行檢測，判斷內(nèi)存是否存在故障；3)對系統(tǒng)使用到的指令進(jìn)行分類，分別對各類別指令進(jìn)行測試，并將測試結(jié)果與預(yù)期測試結(jié)果向量進(jìn)行比對，判斷所有指令是否均通過測試，若是，則執(zhí)行步驟4)，若否，則進(jìn)行故障處理；4)對即將加載的操作系統(tǒng)文件及應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)進(jìn)行ROM完整性檢測，判斷需要加載的文件是否完整，若是，則退出檢測，若否，則進(jìn)入錯誤處理。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有可靠、有效、故障檢測覆蓋率高等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號G06F11/22GK103176875SQ20131008857
公開日2013年6月26日 申請日期2013年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月19日
發(fā)明者孫軍峰, 王瀾, 耿進(jìn)龍, 崔丹, 張磊, 徐軍, 汪明新 申請人:卡斯柯信號有限公司