嵌入式系統(tǒng)休眠喚醒自動運行程序的方法設(shè)計

為了提高系統(tǒng)的啟動速度，通常采用基于休眠技術(shù)的方式來實現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)的快速啟動[1]。例如，在一些數(shù)字電視中，采用休眠技術(shù)以后的啟動時間要比原來的啟動時間約快1/3[2]。但基于休眠技術(shù)的啟動方法有其不足之處：在保存內(nèi)存內(nèi)容時只能把內(nèi)存中的信息以快照的形式保存到磁盤或其他外部存儲設(shè)備，原來系統(tǒng)內(nèi)某些正在運行的動態(tài)進(jìn)程及進(jìn)程本身的執(zhí)行過程不能被完全保存下來，從而導(dǎo)致系統(tǒng)重新啟動后此部分進(jìn)程不能正常運行；基于休眠技術(shù)的啟動方式一旦以快照的形式保存后其里面的內(nèi)容將無法改動?；诖?，本文運用一種新方法，實現(xiàn)了基于休眠的嵌入式操作系統(tǒng)啟動后，可自動運行任何形式的目標(biāo)腳本和應(yīng)用程序。

1 休眠喚醒后程序自動運行的方法

最新的Linux2.6內(nèi)核都支持休眠和待機機制，PC系統(tǒng)中的實現(xiàn)方式有suspend2、swsusp、TuxOnIce等技術(shù)，既可以把鏡像文件保存到交換分區(qū)，也可以保存到一個文件[3]。Linux中這些休眠的具體實現(xiàn)方式有內(nèi)核方式和軟件方式兩種，但兩種方式都把休眠過程分為兩個階段：(1)SUSPEND階段：保存當(dāng)前系統(tǒng)各種狀態(tài)到非易失性存儲設(shè)備并關(guān)機；(2)RESUME階段：系統(tǒng)重新啟動，引導(dǎo)后恢復(fù)已保存的狀態(tài)[4]。一般嵌入式操作系統(tǒng)的休眠過程如圖1所示，休眠后恢復(fù)過程如圖2所示。

本文提出一種基于休眠開關(guān)如圖3所示的喚醒后程序自動運行方法。此方法的系統(tǒng)整體框架分為自動執(zhí)行引擎、開關(guān)控制進(jìn)程、休眠開關(guān)和配置文件4個部分。

1.1 自動執(zhí)行引擎

自動執(zhí)行引擎采用守護(hù)進(jìn)程實現(xiàn)的方式。所謂守護(hù)進(jìn)程就是Daemon進(jìn)程，是Linux中的后臺服務(wù)程序，是一個生存期較長的進(jìn)程，通常獨立于控制終端并且周期性地執(zhí)行某種任務(wù)或等待處理某些事件的發(fā)生[5]。守護(hù)進(jìn)程常常在系統(tǒng)引導(dǎo)裝入時啟動，在系統(tǒng)關(guān)閉時終止。把要運行的目標(biāo)腳本和應(yīng)用程序放到守護(hù)進(jìn)程中，并定義一個全局變量Autoflg作為標(biāo)志位。運用此模塊的目的是讓其在操作系統(tǒng)后臺運行，通過標(biāo)志位實時監(jiān)控目標(biāo)腳本和應(yīng)用程序的運行狀態(tài)。守護(hù)進(jìn)程的整體結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。

守護(hù)進(jìn)程模塊分主調(diào)函數(shù)生成守護(hù)進(jìn)程的Daemon程序和主調(diào)函數(shù)程序兩部分，通過執(zhí)行這兩個程序最終生成在操作系統(tǒng)后臺一直運行的守護(hù)進(jìn)程。其執(zhí)行的程序框圖如圖5所示。


1.2 開關(guān)控制模塊

此模塊的功能是控制守護(hù)進(jìn)程中的Autoflg標(biāo)志位，此標(biāo)志位是在守護(hù)進(jìn)程中的主調(diào)函數(shù)程序中設(shè)置的，用來控制目標(biāo)腳本和應(yīng)用程序的運行狀態(tài)。其具體程序框圖如圖6所示。

1.3 休眠模塊

此模塊實現(xiàn)守護(hù)進(jìn)程和控制模塊之間的通信，采用系統(tǒng)調(diào)用的方式，目的是通過控制模塊的執(zhí)行來控制守護(hù)進(jìn)程中標(biāo)志位的變化，而這種控制是通過在內(nèi)核中插入信號傳遞模塊來實現(xiàn)。

1.4 配置文件

配置文件(即方法執(zhí)行)過程：

（1）執(zhí)行時首先運行守護(hù)進(jìn)程，但要通過Autoflg標(biāo)志位保證目標(biāo)腳本和應(yīng)用程序處于不運行狀態(tài)。
（2）運行控制標(biāo)志位函數(shù)修改Autoflg，讓其保證目標(biāo)腳本和應(yīng)用程序可以運行。
（3）執(zhí)行快速啟動，系統(tǒng)執(zhí)行快速啟動程序同時確保保存到磁盤或其他存儲設(shè)備中的標(biāo)志位是處于可以使目標(biāo)腳本和應(yīng)用程序運行的狀態(tài)。
（4）因為基于休眠的快速啟動方法是以快照的方式把內(nèi)存內(nèi)容保存到磁盤或其他存儲設(shè)備中，并且一旦執(zhí)行，里面的內(nèi)容將無法修改，所以以后每次操作系統(tǒng)啟動時都能保證守護(hù)進(jìn)程的正常運行，同時也能保證守護(hù)進(jìn)程中的標(biāo)志位處于能夠使目標(biāo)腳本和應(yīng)用程序處于運行的狀態(tài)，從而使目標(biāo)腳本和應(yīng)用程序能夠正常運行。
（5）為了提高CPU的運行速度和整個系統(tǒng)的使用效率，本方法設(shè)置守護(hù)進(jìn)程在每次啟動目標(biāo)腳本和應(yīng)用程序后都自動退出。因為設(shè)置守護(hù)進(jìn)程的目的就是在每次操作系統(tǒng)啟動時，使其啟動目標(biāo)腳本和應(yīng)用程序，待這項工作完成以后，它的使命也隨之完成(即從系統(tǒng)的運行速度和運行效率角度來看，已沒有其存在的必要性)。

2 實驗分析

為了確保本文所提方法的實用性和可靠性，把其應(yīng)用到海爾數(shù)字電視上進(jìn)行了驗證，并對驗證結(jié)果進(jìn)行了詳細(xì)的分析。

實驗環(huán)境如下：

(1)硬件環(huán)境：MSTAR 6I98電視主板：主頻為700 MHz，內(nèi)存為512 MB，F(xiàn)lash為256 MB，總線為I2C、PCI。

(2)軟件環(huán)境：電視主板中運行Linux-2.6.28.9嵌入式操作系統(tǒng)，串口控制臺服務(wù)器為Linux操作系統(tǒng)。
首先對海爾數(shù)字電視采用基于休眠的技術(shù)對其操作系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，實現(xiàn)數(shù)字電視的快速啟動。但當(dāng)采用休眠方式啟動后，發(fā)現(xiàn)一些應(yīng)用程序(如/applications/df_
logo、/applications/bin/haier_board)都無法正常運行。對此采用ps命令行查看其進(jìn)程是否存在，發(fā)現(xiàn)某些進(jìn)程（如df_logo）在控制臺上有顯示，但在實際情況中不能正常運行，而有些進(jìn)程（如haier_board）根本就沒有顯示。

經(jīng)研究表明，這些腳本或應(yīng)用程序不能正常啟動的原因是：logo文件的執(zhí)行過程或haier_board應(yīng)用程序中的一些動態(tài)界面的顯示過程在休眠時不能夠完全保存到休眠文件中，從而導(dǎo)致在休眠啟動后雖然用命令行查看這些程序的進(jìn)程在控制臺上有顯示，而電視界面不能按正常的方式顯示。為了解決這個問題，把本文方法應(yīng)用到操作系統(tǒng)中，最后結(jié)果顯示：df_logo和haier_board兩個應(yīng)用程序在系統(tǒng)啟動完成后即能正常啟動運行，其效果和采用非休眠方式啟動的效果一樣，而且電視界面也能夠正常顯示。

實驗步驟如下：

(1)把不能正常運行的應(yīng)用程序和腳本文件(df_logo、haier_board)編寫成目標(biāo)腳本并把它放到指定目錄下；(2)編寫內(nèi)核模塊，并用系統(tǒng)調(diào)用的方式把模塊插入到內(nèi)核，用交叉編譯生成新的內(nèi)核和模塊的.ko文件；(3)編寫守護(hù)進(jìn)程函數(shù)，并用交叉編譯生成可執(zhí)行文件；(4)編寫控制模塊（控制模塊里包含可以使操作系統(tǒng)實現(xiàn)快速啟動的函數(shù)），并用交叉編譯生成可執(zhí)行文件；(5)重新燒寫新的內(nèi)核；(6)在/etc/init.d/文件夾的相應(yīng)文件里加一句加載上述模塊的語句，使其在系統(tǒng)每次啟動時都能夠自動加載到內(nèi)核；(7)為此模塊建立設(shè)備文件；(8)執(zhí)行守護(hù)進(jìn)程可執(zhí)行文件，使其在操作系統(tǒng)后臺運行；(9)執(zhí)行控制模塊的可執(zhí)行文件，使其在改變標(biāo)志位后立即執(zhí)行快速啟動程序，從而保證系統(tǒng)以后每次重啟后都能夠自動運行目標(biāo)腳本和應(yīng)用程序。

本文提出了一種新的方法，實現(xiàn)了基于休眠的嵌入式操作系統(tǒng)啟動后，自動運行任何形式的目標(biāo)腳本和應(yīng)用程序。