2020年08月31日 | WINCE在ARM平台的移植及驱动技术详解

　　WINCE操作系统简介

　　WinCE操作系统是通用型的嵌入式操作系统，它是一个开放的、可升级的32位嵌入式操作系统，是基于掌上型电脑类的电子设备操作系统，它是精简的Windows 95，WindowsCE的图形用户界面相当出色。它1996年开始发布Windows CE 1.0版本，2004年7月发布了Windows CE .NET 5.0版本，目前用得最多的是WindowsCE .NET 4.2版本，其发展速度也是很快的，功能_上自不必描述，它的主要应用领域有PDA市场、PPC、Smartphone、 工业控制、医疗等。

　　操作系统移植的原因

　　为了更快的适应市场需求，在实际开发过程中，我们更倾向于移植操作系统而不是重新开发操作系统。这样不但可以节省时间，还能大大提高开发效率。

　　由于嵌入式系统是一个软硬件紧密结合的系统，因此操作系统移植包含两个层面上的工作：一个层面是CPU级的，另一个层面是板级的。由于WinCE操作系统几乎完全是用C语言编写的，所以可移植到众多的32位微处理器。上。这其中包括ARM、x86、MIPS 和SH等， 而且CPU级的移植通常由微软或芯片制造商来完成，这会极大地减轻OEM厂商开发过程中移植操作系统的工作量，但板级层面的移植则还是需要由OEM厂商来完成的。

　　一般来说，一个WinCE系统包括四层结构：应用程序、WinCE内核映像、板级支持包（BSP）、硬件平台。而基本软件平台则主要由WinCE系统内核映像（OS Image）和板卡支持包（BSP） 两部分组成。因为WinCE系统是一个软硬件紧密结合的系统，因此即使CPU处理器相同，但是如果开发板上的外围硬件不相同， 这个时候还是需要修改BSP来完成一个新的BSP。 因此换句话说，就是WinCE 的移植过程主要是改写BSP的过程。

　　嵌入式OS负责嵌入式系统全部软、硬件资源的分配、调度，控制和协调各部件的工作，与普通OS相比，嵌入式OS在系统实时高效性、硬件依赖性、软件固化及应用的专用性方面具有较为突出的特点。

　　WINCE在ARM平台的移植及驱动技术

　　1、启励程序Bootloader的移植步骤

　　BootLoader就是在操作系统内核运行之前运行的一段小程序。通过这段小程序，我们可以初始化硬件设备、建立内存空间映射图，从而将系统的软硬件环境带到一个合适状态，以便为最终调用操作系统内核准备好正确的环境。在嵌入式系统中，通常并没有像BIOS那样的固件程序（有的嵌入式CPU也会内嵌一段短小的启动程序），因此整个系统的加载启动任务就完全由BootLoader来完成。

　　修改Bootloader是移植WinCE系统第一步，也是关键的一步。只有得到一个稳定工作的启动程序，才能够进-步完成WinCE BSP的移植。Bootloader主要用来管理目标平台的启动过程，它是一段单独的程序代码，通过这段小程序可以初始化硬件设备、建立内存空间的映射图和下载操作系统的映像文件等，从而将系统的软硬件环境带到一个合适的状态，它- -般存放于目标平台的非易失存储介质中， 如ROM或Flash。

　　一般来说，对于Bootloader的功能，不同的场合区别很大。比如，在桌面Windows版的PC硬件平台，上，由于硬件启动根本就不通过Bootloader （而是通过BIOS），所以Bootloader就无需对CPU加电后的初始化做任何工作; 而在嵌入式WinCE平台上，Bootloader 是最先被执行的程序，所以就必须包括加电初始化程序，同时通常Bootloader必须包含下载WinCE映像文档的功能。由于Bootloader会涉及到基本的硬件操作，如CPU的结构、指令等，也会又涉及到以太网下载协议和映像文档格式。因此，从零开发实现的话会需要相当长的过程，通常的做法是利用微软为每种类型的CPU提供的某种标准研发板的Bootloader例程。

　　根据我在这次项目移植得到的经验，Bootloader 的移植步骤主要是：①是修改相应的dir、source 文件;②是修改makefile.inc;③是修改boot.bib，使其不与config.bib中的内存分配造成冲突;④是改进eboot， 因为eboot烧写NK.BIN的时候会查找BINFS分区，然后把下载的image烧写到BINFS分区。

　　2、OAL的移植步骤

　　OAL的全称是OEMAdaption Layer，即原始设备制造商适配层。它是位于Windows CE内核和目标硬件平台之间的一个代码层，OAL主要负责WindowsCE与硬件通信，它与CPU、中断、内存、时钟和调试口等核心设备相关，也是OAL各个模块代码被编译后（.lib） 和其它内核库链接到一一起形成Windows CE的内核可执行文档NK.EXE的关键。简单的说，OAL就是用来屏蔽CPU平台的细节和抽象硬件功能，以实现操作系统内核的可移植性。

　　从逻辑结构上看，OAL位于WinCE操作系统的内核与硬件之间，是连接WinCE系统与硬件的枢纽;从功能上看，OAL颇似桌面PC.上的BIOS，具有初始化设备、引导操作系统以及抽象硬件功能等作用。但与B10S不同的是，0AL隶属于操作系统，是操作系统的一部分。在WinCE6.0中，OAL首先起了穿针引线的作用，这一点可从其启动代码看出来。第二个作用，暴露一些OEM函数供Kerel调用，具体哪些函数由OEMGLOBAL决定。为了方便BSP的升级，6.0基本保留了原来的函数结构。所以，我们可以选择5.0的BSP为参考，将其移植到6.0上来。PB6.0 的安装目录中也包涵一些BSP，其中DeviceEmulator就是模拟S3C2410平台。所以，我们也可以此为参考。总之，OAL代码的来源不是问题。问题是如何快速编译这些代码，并验证其正确性。

　　下面将介绍快速调试OAL的方法。

　　首先Clone一个BSP，命名为2410Tiny。如果从5.0的BSP移植，需要修改相应的目录结构，在6.0中不存在CEC文件，需要做转换。Clone完成后的BSP如下图所示：

　　其中CATALOG目录中存放的是2410Tiny.pbcxml，它是CE6.0中BSP的组织文件，类似5.0中的CEC文件。CESYSGEN存放了一个Makefile文件。

　　FILES目录存放了平台对应的配置文件如BIB、REG等。这里我们将platform.bib和platform.reg中的内容清空，注意是清空！ Config.bib 的内容确保准确。

　　删除SRC目录下的Drivers目录，并修改dirs文件，去掉Drivers行。如下图所示：

　　至此，2410Tiny的BSP准备完成，用此BSP定制一个OSDesign。在选择模板时选CustomDevice （第二项），然后直接点击完成，结束向导。进入平台属性页进行设置，如下图所示：

　　完成后，在Catalog Items中选中CEDB Database Engine项（我开始没选择该项，结果编译出了一堆错误，将该项选中后，重新编译，就顺利通过了。）点击编译按钮开始编译系统。

　　等它编译着吧，我们继续往下看。之所以能把SRC目录下的Drivers删除，是因为我们现在还处于调试OAL的阶段，可以暂时不考虑Drivers。只要有OAL和KERNEL，WinCE 就能跑起来。从这个角度来说，我觉得OAL用来抹平MCU的差异，而Drivers则是抹平外围设备的差异。

　　大概10分钟后，编译完成了，最终生成的NK.bin文件有3M多，如下图所示：

　　这时，我们可以启动BOOTLOADER，完成相关配置后下载该NK.bin文件，如下图所示：

　　3M多的NK，下载需要14秒左右。由于启用了KITL，所以最终在DebugOutput中看到WinCE启动的相关信息，如下图所示：

　　现在我们可以用PB6.0的Debug工具进行简单调试。先用Target Control查看系统运行的进程：

　　可以看到，目前WinCE6.0只运行了两个进程，NK.exe对应的就是我们的OAL.exe！再看看线程和模块的情况：

　　至此，可以认为WinCE6.0 的OAL已经可以正常工作。

　　从我在这次项目中得到的经验来看， Windows CE安装目录的子目录中都包含有OAL的部分源码。OAL的移植实现应是在fwxsc1.s. main.c、 Flash.c、Edeviceinit.c等文件中， 可根据实际需要修改相应的代码。在OAL移植过程中，主要是修改这几个函数：修改Startup.s函数、修改串口调试函数、修改OEMInit函数、修改系统时钟函数和修改中断处理函数等。实际上，大多数情况下开发工程师对OAL只要修改即可，甚至无需修改。

　　3、驱动程序的移植和开发

　　驱动程序（Device Drivers）是指能够管理虚拟或者物理设备、协议、服务等的一段软件模块，操作系统是通过驱动程序直接和硬件打交道的。设备驱动程序能为WinCE提供设备控制功能， 包括： LCD/LED/VGA/SVGA显示设备、鼠标、键盘和触摸屏等。根据我在这次项目移植得到的经验，建议设备驱动程序的移植可通过Platform Builder创建一一个新的平台，然后再根据硬件平台的需要插入和移除驱动。一般来说，需要修改的文件有Plaform. Bib、Platform. reg及驱动程序源代码等。

　　4、平台文件配置的修改

　　平台配置文件包括源代码配置文件和操作系统镜像配置文件。源代码配置文件主要是告诉Build工具需要用到的路径，包括Dirs文件、Sources 文件和Makefile文件等。操作系统镜像配置文件则主要用于给Makeimag工具生成操作系统镜像，包括.bib、.reg、 .dat、 .db等文件。因此，在进行BSP移植的时候，也需要对这些平台配置文件进行适当的修改和变更。

　　5、移植时需特别注意的地方

　　很多嵌入式开发实践都证明BSP移植是一个挺复杂、烦琐的过程。因为WinCE不同版本的BSP包的组织结构是不同的，所以会导致很多链接库无法找到或者是这些库已经被替换、删除，唯一的方法是只有耐心的根据错误提示来一一定位修改。

　　例如，在移植Bootloader时因为Bootloader的下载、烧写、启动镜像过程会涉及到内存地址，所以在处理各种入口地址时应该要避免出现差错或内存超出范围，尤其是处理地址冲突时需要特别小心。还有在移植OAL时， startup.s以及OEMInitDebugSerial两个函数需要特别注意，因为它们主要是初始化硬件及串口，系统运行及驱动调试的基础，如果硬件配置以及调试串口有改变，则需要适当的修改