嵌入式系统休眠唤醒自动运行程序的方法设计

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为了提高系统的启动速度，通常采用基于休眠技术的方式来实现嵌入式系统的快速启动[1]。例如，在一些数字电视中，采用休眠技术以后的启动时间要比原来的启动时间约快1/3[2]。但基于休眠技术的启动方法有其不足之处：在保存内存内容时只能把内存中的信息以快照的形式保存到磁盘或其他外部存储设备，原来系统内某些正在运行的动态进程及进程本身的执行过程不能被完全保存下来，从而导致系统重新启动后此部分进程不能正常运行；基于休眠技术的启动方式一旦以快照的形式保存后其里面的内容将无法改动。基于此，本文运用一种新方法，实现了基于休眠的嵌入式操作系统启动后，可自动运行任何形式的目标脚本和应用程序。

1 休眠唤醒后程序自动运行的方法

最新的Linux2.6内核都支持休眠和待机机制，PC系统中的实现方式有suspend2、swsusp、TuxOnIce等技术，既可以把镜像文件保存到交换分区，也可以保存到一个文件[3]。Linux中这些休眠的具体实现方式有内核方式和软件方式两种，但两种方式都把休眠过程分为两个阶段：(1)SUSPEND阶段：保存当前系统各种状态到非易失性存储设备并关机；(2)RESUME阶段：系统重新启动，引导后恢复已保存的状态[4]。一般嵌入式操作系统的休眠过程如图1所示，休眠后恢复过程如图2所示。

本文提出一种基于休眠开关如图3所示的唤醒后程序自动运行方法。此方法的系统整体框架分为自动执行引擎、开关控制进程、休眠开关和配置文件4个部分。
1.1 自动执行引擎

自动执行引擎采用守护进程实现的方式。所谓守护进程就是Daemon进程，是Linux中的后台服务程序，是一个生存期较长的进程，通常独立于控制终端并且周期性地执行某种任务或等待处理某些事件的发生[5]。守护进程常常在系统引导装入时启动，在系统关闭时终止。把要运行的目标脚本和应用程序放到守护进程中，并定义一个全局变量Autoflg作为标志位。运用此模块的目的是让其在操作系统后台运行，通过标志位实时监控目标脚本和应用程序的运行状态。守护进程的整体结构图如图4所示。

守护进程模块分主调函数生成守护进程的Daemon程序和主调函数程序两部分，通过执行这两个程序最终生成在操作系统后台一直运行的守护进程。其执行的程序框图如图5所示。


1.2 开关控制模块

此模块的功能是控制守护进程中的Autoflg标志位，此标志位是在守护进程中的主调函数程序中设置的，用来控制目标脚本和应用程序的运行状态。其具体程序框图如图6所示。

1.3 休眠模块

此模块实现守护进程和控制模块之间的通信，采用系统调用的方式，目的是通过控制模块的执行来控制守护进程中标志位的变化，而这种控制是通过在内核中插入信号传递模块来实现。

1.4 配置文件
配置文件(即方法执行)过程：

（1）执行时首先运行守护进程，但要通过Autoflg标志位保证目标脚本和应用程序处于不运行状态。
（2）运行控制标志位函数修改Autoflg，让其保证目标脚本和应用程序可以运行。
（3）执行快速启动，系统执行快速启动程序同时确保保存到磁盘或其他存储设备中的标志位是处于可以使目标脚本和应用程序运行的状态。
（4）因为基于休眠的快速启动方法是以快照的方式把内存内容保存到磁盘或其他存储设备中，并且一旦执行，里面的内容将无法修改，所以以后每次操作系统启动时都能保证守护进程的正常运行，同时也能保证守护进程中的标志位处于能够使目标脚本和应用程序处于运行的状态，从而使目标脚本和应用程序能够正常运行。
（5）为了提高CPU的运行速度和整个系统的使用效率，本方法设置守护进程在每次启动目标脚本和应用程序后都自动退出。因为设置守护进程的目的就是在每次操作系统启动时，使其启动目标脚本和应用程序，待这项工作完成以后，它的使命也随之完成(即从系统的运行速度和运行效率角度来看，已没有其存在的必要性)。

2 实验分析

为了确保本文所提方法的实用性和可靠性，把其应用到海尔数字电视上进行了验证，并对验证结果进行了详细的分析。

实验环境如下：

(1)硬件环境：MSTAR 6I98电视主板：主频为700 MHz，内存为512 MB，Flash为256 MB，总线为I2C、PCI。

(2)软件环境：电视主板中运行Linux-2.6.28.9嵌入式操作系统，串口控制台服务器为Linux操作系统。
首先对海尔数字电视采用基于休眠的技术对其操作系统进行改进，实现数字电视的快速启动。但当采用休眠方式启动后，发现一些应用程序(如/applications/df_
logo、/applications/bin/haier_board)都无法正常运行。对此采用ps命令行查看其进程是否存在，发现某些进程（如df_logo）在控制台上有显示，但在实际情况中不能正常运行，而有些进程（如haier_board）根本就没有显示。

经研究表明，这些脚本或应用程序不能正常启动的原因是：logo文件的执行过程或haier_board应用程序中的一些动态界面的显示过程在休眠时不能够完全保存到休眠文件中，从而导致在休眠启动后虽然用命令行查看这些程序的进程在控制台上有显示，而电视界面不能按正常的方式显示。为了解决这个问题，把本文方法应用到操作系统中，最后结果显示：df_logo和haier_board两个应用程序在系统启动完成后即能正常启动运行，其效果和采用非休眠方式启动的效果一样，而且电视界面也能够正常显示。

实验步骤如下：

(1)把不能正常运行的应用程序和脚本文件(df_logo、haier_board)编写成目标脚本并把它放到指定目录下；(2)编写内核模块，并用系统调用的方式把模块插入到内核，用交叉编译生成新的内核和模块的.ko文件；(3)编写守护进程函数，并用交叉编译生成可执行文件；(4)编写控制模块（控制模块里包含可以使操作系统实现快速启动的函数），并用交叉编译生成可执行文件；(5)重新烧写新的内核；(6)在/etc/init.d/文件夹的相应文件里加一句加载上述模块的语句，使其在系统每次启动时都能够自动加载到内核；(7)为此模块建立设备文件；(8)执行守护进程可执行文件，使其在操作系统后台运行；(9)执行控制模块的可执行文件，使其在改变标志位后立即执行快速启动程序，从而保证系统以后每次重启后都能够自动运行目标脚本和应用程序。

本文提出了一种新的方法，实现了基于休眠的嵌入式操作系统启动后，自动运行任何形式的目标脚本和应用程序。