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引言 WindowsCE.NET是微軟公司向嵌入式領(lǐng)域推出的一款操作系統。它最大程度繼承了桌面版Windows操作系統的豐富功能，同時(shí)又副入了許多新特性，以適應嵌入式領(lǐng)域的實(shí)際情況和要求。無(wú)論是商業(yè)應用需求，還是人們的多媒體消費需求，都能被采用CE操作系統的設備很輕松的滿(mǎn)足。最新的.NET版本較之3.0版本，在實(shí)時(shí)性和穩定性上有大幅度提高，開(kāi)始廣泛地被平板電腦、數碼相機、彩屏手機、PDA等多種高性能產(chǎn)品所采用。 但是，CE并不是一個(gè)通用的安裝版操作系統，在形形色色的嵌入式硬件設備世界里， 一款CE系統通常只會(huì )針對某一種硬件平臺生成。所以，作為原始設備生產(chǎn)商，必須根據自己的硬件平臺和應用場(chǎng)合定制CE，最主要的工作就是編寫(xiě)適合于自己的板級支持包（BSP）。在BSP中，包含了一個(gè)重要的組成部分——BootLoader。創(chuàng )建一未功能完善的 BootLoader，是開(kāi)發(fā)WinCE系統的第一步，也是極為關(guān)鍵的一步。本文將結合開(kāi)發(fā)實(shí)例，介紹如何開(kāi)發(fā)適合于自己硬件的BootLoader。 1 定制CE操作系統的基本知識 定制CE操作系統是采用微軟的工具軟件：Platform Builder（PB）。該工具能夠根據用戶(hù)的需求，選擇構建具有不同內核功能的CE系統。同時(shí)，它也是一個(gè)集成的編譯環(huán)境，可以為所有CE支持的CPU目標代碼編譯C/C++程序。前面所說(shuō)的BSP和BootLoader程序就是在該環(huán)境下編譯，并整合到CE系統中去的。一旦成功地編譯了一個(gè)CE系統，就會(huì )得到一個(gè)名為nk.bin的映像文件。只要將該文件下載到目標平臺（device端），就能夠運行CE了。 2 BootLoader BootLoader 是一段單獨的程序代碼，它存放于目標平臺的非易失存儲介質(zhì)中，如ROM或Flash。在開(kāi)發(fā)CE的過(guò)程中，它主要用于啟動(dòng)硬件和下載nk.bin到目標板上，并有一定的監控作用。 圖1描述了WinCE的BSP基本結構以及BootLoader所處的位置。 
一般來(lái)說(shuō)，對于BootLoader的功能要求并不是嚴格定義的，不同的場(chǎng)合區別很大。比如，在PC的硬件平臺上，由于硬件啟動(dòng)根本就不是通過(guò) BootLoader（而是通過(guò)BIOS），所以BootLoader就不需要對CPU加電后的初始化做任何工作；而在筆者的開(kāi)發(fā)平臺（MIPS32）上，BootLoader是最先被執行的程序，所以就必須包括加電初始化程序。通常，BootLoader必須包含下載CE映像文件的功能。另外，管理監控硬件設備通常也是必須的，因為這可以極大地方便工程開(kāi)發(fā)。由于BootLoader涉及到基本的硬件操作，如CPU的結構、指令等，同時(shí)又涉及到以太網(wǎng)下載協(xié)議（TFTP，當然也可能通過(guò)串口）和策軟設定的映像文件格式。因此從零實(shí)現的話(huà)，會(huì )需要相當長(cháng)的過(guò)程。好在微軟為每種類(lèi)型的CPU都提供了某種標準開(kāi)發(fā)板的BootLoader例程，因此通常的做法是：從這些例程中尋找與硬件平臺最接近的作為標本程序，然后再從自己的硬件平臺上入手做相應的改動(dòng)。一些新的評估板可能會(huì )由第三方的廠(chǎng)商來(lái)提供Bootloader。如果硬件平臺是從這樣的基板設計而來(lái)的話(huà)，那么最好去尋求這些廠(chǎng)商獲取 Bootloader來(lái)移植，以減少工作量。 筆者使用的硬件平臺基于MIPS32架構，下載端口采用的是以太網(wǎng)口，同時(shí)還具備一個(gè)串口，主機相連，通過(guò)超級終端對該平臺加以控制。該平臺是參考AMD的一款標準估計板設計的，BootLoader以該板的BootLoader為參考進(jìn)行了移植。 3 編寫(xiě)BootLoader源程序 前面已經(jīng)提到，由于硬件的不同，BootLoader的功能可能有多有少，此處筆者以自己開(kāi)發(fā)BootLoader的過(guò)程進(jìn)行敘述。 圖2是筆者BootLoader的工程流程。
3.1 啟動(dòng)部分 首先要實(shí)現初臺化硬件的功能。在參考板的BootLoader目錄下，會(huì )發(fā)現一些.s文件，可能會(huì )是init.s或者是reset.s等，這樣的文件是CPU加電后最先執行的代碼。由于此處是用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)的，所以與CPU關(guān)系緊密。一般參考板的 CPU與開(kāi)發(fā)平臺的CPU會(huì )是相同或者是同一個(gè)架構的。筆者使用的是屬于同一種CPU的情況，所以對寄存器的定義和初始化流程都可以不加改動(dòng)。接著(zhù)就是對于平臺配置的分析，包括平臺存儲空間的分配、外圍設備的工作設定等。一般這里的區別是非常大的。所以必須要對CPU寄存器的值作相應設定。這部分工作可能需要CPU提供商方面的幫助。 應該說(shuō)，這部分工作是BootLoader的一大重點(diǎn)，但由于和實(shí)際的硬件非常大，所以不可能做進(jìn)一步的詳細敘述。 3.2 主控部分 從這一部分開(kāi)始，均用C語(yǔ)言編寫(xiě)。 為了增加BootLoader 對平臺的控制，一般BootLoader都會(huì )設計成支持命令輸入的方式，通過(guò)串口來(lái)接收用戶(hù)的命令。這種機制中，如果參考板有Loader支持的話(huà)，那么可以自己添加有實(shí)用價(jià)值的命令，完成一些需要的功能。 從圖2中可以看出，一般在平臺調試完畢后，可以在不用人工干預的情況下自動(dòng)加載CE（這也是 BootLoader必需的功能之一）；而在調試階段，基本上是通過(guò)Loader所支持的命令來(lái)進(jìn)行操作的。提供足夠豐富的命令，能極大簡(jiǎn)化和全面測試開(kāi)發(fā)平臺。如表1所列，是筆者Loader所提供的命令。 表1 命令 說(shuō)明 Help_______ 列出所有支持的命令并加以說(shuō)明 Eboot _____從開(kāi)發(fā)臺下載CE映像并加載 Write______向某一內存地址寫(xiě)入數據 Read______ 顯示某一內存地址的數據 Jump______跳轉到某一地址執行程序 Xmodem___從計算機的超級終端接收以Xmodem協(xié)議傳送的文件 Toy_______測試平臺CPU的計數器是否運轉 Flash______擦除或者更新Flash中的數據 Tlbread____顯示CPU的所有TLB表 Tlbwrit____ 設置CPU的TLB Macaddr___設置CPU的MAC地址 Seti_______設置平臺的IP地址 這些命令涉及到平臺調試的各個(gè)方面，像內存檢測、Flash操作、文件下載等。借助于這些命令，不僅可以完成硬件平臺的部分測試，還完成了作為CE的 BootLoader程序最為重要的一個(gè)功能——下載CE映像。 3.3 下載部分 在用Platform Builder編譯生成CE的映像文件后，接下來(lái)就需要將該文件下載到目標板上。如果說(shuō)硬件調試功能可以由其它的程序代替而不放入BootLoader 中，但是下載映像文件卻是BootLoader必需的功能。 CE映像文件通常叫做nk.bin，它是Windows CE二進(jìn)制數據格式文件，不僅包含了有效的程序代碼，還有按照一定規則加入的控制信息。當然，也可以選擇生成.sre格式的代碼文件，但是相于對前一種格式，它的代碼要長(cháng)很多，所需要的下載時(shí)間也更長(cháng)。在這里，我們以下載.bin格式的文件來(lái)說(shuō)明下載的實(shí)現。 首先看一下圖3所示的BootLoader下載部分的流程圖。
通常，在Platform Builder自帶的代碼中，會(huì )包含完成TFTP連接的了基本的函數。 *初始化TFTP連接：用函數EbootInitTFtp()和EbootInitTFtpd（）完成。 *登記解析.bin格式數據的回調函數：用EbootTFtpdServerRegister（）完成。 *發(fā)出連接請求：用EbootSendBootme（）完成。 *接收主機端發(fā)出的數據包：用EbootTFtpReceiver()完成。 在這里，需要重點(diǎn)說(shuō)明的有兩點(diǎn)。 ①對于接收數據包的函數EbootTFtpReceiver()，它只能處理已經(jīng)存入內存的以太網(wǎng)包，也就是說(shuō)，從以太網(wǎng)控制器接收數據的功能必須要用戶(hù)去完成。由于這一功能與硬件密切相關(guān)，所以不能使用PB自帶的函數來(lái)完成。 ②函數EbootTFtpdServerRegister()會(huì )登記一個(gè)回調函數，一般用戶(hù)可以自己定義這個(gè)函數，該函數用于完成，bin格式數據的解析和保存，有效數據至目的地RAM。PB有自帶的例程函數可作參考。一般來(lái)說(shuō)，如果目的地就是RAM的話(huà)，直接參考例程函數即可。但是如果目的地就是Flash，不要直接存入Flash（字為單位），應先存入內存中待下載完畢以后再導入Flash。當然，這種方法必須要有足夠的內存。如果沒(méi)有足夠的內存，也可以緩存部分數據后，分段寫(xiě)入Flash。 3.4 支持DOC 對于 WinCE操作系統而言，豐富的多媒體功能是其一大特點(diǎn)，使其成為當前消費類(lèi)電子產(chǎn)品操作系統中的一個(gè)不錯選擇。但是隨之而來(lái)的問(wèn)題是，系統的容易已經(jīng)大大超過(guò)出了傳統嵌入式系統上百KB的數量級。一般來(lái)說(shuō)，如果選擇了圖形界面和漢語(yǔ)支持，容量一般會(huì )超過(guò)16MB。DOC（Disk On Chip）則提供了一種相對廉價(jià)的大存儲容量的解決方案。 DOC本質(zhì)上是一種加以軟件控制的NAND格式的Flash，通過(guò)TFFS這一軟件層提供對WinCE的支持。 由于DOC不能像內存一樣被直接訪(fǎng)問(wèn)，所以其加載WinCE的過(guò)程有些特殊，必須要在BootLoader中加入專(zhuān)門(mén)的代碼，才能使用DOC來(lái)存放WinCE映像文件。 為了說(shuō)明怎樣在Loader文件中提供對DOC的支持，先看一下如何采用DOC系統啟動(dòng)CE，如圖4所示。
從圖4可以看出，當采用DOC作為存儲體的時(shí)候，實(shí)際上是在啟動(dòng)的時(shí)候把映像文件拷貝到內存中執行。為了實(shí)現這一啟動(dòng)過(guò)程，就必須涉及到DOC的讀寫(xiě)操作。首先要從M-SYSTEM的網(wǎng)站上獲取DOC的BOOT軟件開(kāi)發(fā)包。在這個(gè)開(kāi)發(fā)包里，提供了一系列DOC的操作函數。將此開(kāi)發(fā)包嵌入到CE的BootLoader中去，然后按照圖4的步驟，調用相應的讀寫(xiě)函數完成這一過(guò)程。對于開(kāi)發(fā)包中相關(guān)函數的說(shuō)明，筆者就不具體介紹了，可以參考開(kāi)發(fā)包的說(shuō)明文檔。 4 BootLoader的編譯、鏈接和下載 BootLoader 程序可以通過(guò)PB的集成編譯環(huán)境編譯鏈接，控制文件為.bib文件，下面是一個(gè)簡(jiǎn)單的BootLoader的.bib文件。 MEMORY CLI 9fc00000 00050000 RAMIMAGE RAM 80080000 00070000 RAM CONFIG COMPRESSION=ON SRE=ON ROMSTART=9fc00000 ROMSIZE=00020000 ROMWIDTH=32 ROMOFFET=000000 MODULES Nk.exe $(_FLATRELEASEDIR).exe CLI MEMORY部分定義了生成的映像文件的目標地址，以及程序運行可以使用的內存空間。 CONFIG部分COMPRESSION是否對目標代碼進(jìn)行壓縮；SRE是否生成格式為sre的目標代碼；ROMSTART與ROMSIZE、ROMWIDTH、ROMOFFSET共同定義了開(kāi)發(fā)平臺上存放BootLoader物理介質(zhì)的起始地址、大小、寬度和偏移量。 MODULES部分定義了BootLoader所包含的文件，一般就只有一個(gè)文件：cli.exe。 編譯過(guò)程中，首先用命令build-c編譯生成文件cli.exe，然后用 romimage cli.bib命令產(chǎn)生最后的映像文件cli.sre。 對于BootLoader文件的下載；有很多種方法：可以通過(guò)仿真器下載；也可以通過(guò)其它調試程序下載；還可以直接燒寫(xiě)到Flash中。需要說(shuō)明的一點(diǎn)是，這些方法可能會(huì )要求不同的映像格式。在PB環(huán)境下，可以生成的有.sre格式、純二進(jìn)制格式（用于直接燒寫(xiě)Flash）以及和CE映像一樣的.bin格式。 結語(yǔ) 從CE的 BootLoader開(kāi)發(fā)流程可以看出，BootLoader在完成下載CE映像和加載映像的主要功能外，還具有一些調試硬件的功能。當然，這些功能不是必需的，隨不同的用戶(hù)可能有自己的定義。但是不管Loader的功能設計得多么簡(jiǎn)單或者是多么復雜，都是在開(kāi)發(fā)CE系統中不可跳過(guò)的一環(huán)。實(shí)際上，由于 Loader有和CE系統交互數據的區域，所以還有對CE啟動(dòng)過(guò)程的控制作用，也是PB控制目標板CE啟動(dòng)的一個(gè)窗口�？梢哉f(shuō)，一個(gè)功能齊全的 Loader，不論是對調試硬件，還是控制和檢測CE系統，甚至是成為產(chǎn)品之后的維護工作，都是大有幫助的。 編寫(xiě) BootLoader是開(kāi)發(fā)WinCE系統第一步，也是關(guān)鍵的一步。只有得到一個(gè)穩定工作的Loader程序，才能夠更進(jìn)一步開(kāi)發(fā)WinCE的BSP，直至最后整個(gè)系統的成功 參考文獻 1. Microsoft Corporation Microsoft Windows CE 2. The Windows CE Technology Tutorial 2001 3. DiskOnChip Boot Software Development Kit 2003 作 者：北方交通大學(xué) 白浪 張思東 來(lái) 源：單片機與嵌入式系統應用 2004（2） |
