基于Intel PXA270的WinCE操作系統(tǒng)移植
隨著科學技術進步和3G時代的到來,高性能PDA產(chǎn)品作為一種電子消費品越來越受青睞。作為這些高性能的PDA產(chǎn)品核心的嵌入式實時操作系統(tǒng)是開發(fā)嵌入式應用的關鍵環(huán)節(jié)。向來以界面友好，易操作性，易開發(fā)性為賣點的Windows CE.net嵌入式操作系統(tǒng)得到了廣泛的使用。然而,WindowsCE在不同CPU,不同硬件環(huán)境下的移植成為了限制其進一步發(fā)展的障礙。本文利用PlatformBuilder工具并以EEliod Evluation開發(fā)板為對象，介紹了基于Intel PXA270WindowsCE的移植方法和內(nèi)容。并給出了在此操作系統(tǒng)成功開發(fā)的應用程序的運行結(jié)果。
1.系統(tǒng)硬件平臺
論文使用的開發(fā)平臺為深圳億道公司提供的EEliod Evluation開發(fā)板，該開發(fā)板采用的是基于Intel XScale微體系結(jié)構(gòu)的Intel PXA270 處理器。Intel XScale微體系結(jié)構(gòu)支持16位Thumb指令和DSP擴充。可用于手機、便攜式終端(PDA)、網(wǎng)絡存儲設備、骨干網(wǎng)(BackBone)路由器等。Intel PXA270微處理器芯片就是一款集成了32位Intel XScale處理器核、多通信通道、LCD控制器、增強型存儲控制器和PCMCIA/CF控制器以及通用I/O口的高度集成的應用處理器。
2.Windows CE.net嵌入式操作系統(tǒng)
Windows CE.net 是為各種嵌入式系統(tǒng)和產(chǎn)品設計的一種壓縮的、高效的、可升級的操作系統(tǒng)。在 Windows CE.net 產(chǎn)品的開發(fā)中，有兩個重要的方面，一個是內(nèi)核定制，一個是應用程序的開發(fā)，微軟在這兩個方面都提供了非常好的開發(fā)工具，這就是內(nèi)核定制工具 Platform Builder 和應用程序開發(fā)工具 Embedded Visual C++。Platform Builder 是基于 Windows CE.net平臺下嵌入式操作系統(tǒng)定制的集成開發(fā)環(huán)境。它提供了所有進行設計、創(chuàng)建、編譯、測試和調(diào)試 Windows CE.net操作系統(tǒng)平臺的工具。同時，還可利用 Platform Builder 來進行驅(qū)動程序開發(fā)和應用程序項目的開發(fā)等。由于嵌入式系統(tǒng)資源有限，C++編譯器效率高、性能好，Embedded Visual C++（EVC）便成了其應用程序最廣泛的開發(fā)工具。
3 操作系統(tǒng)移植
Windows CE.net并不是一個通用的安裝版操作系統(tǒng),在形形色色的嵌入式硬件設備世界里，一款CE系統(tǒng)通常只會針對某一種硬件平臺生成。所以,必須根據(jù)自己的硬件平臺和應用場合定制CE。操作系統(tǒng)移植步驟為:1)對操作系統(tǒng)進行裁減,配置各個組件并且修改相關的配置文件;2)開發(fā)目標設備系統(tǒng)上的設備驅(qū)動程序,建立定制的CE操作系統(tǒng)映像文件;3)將目標文件下載到目標設備上進行調(diào)試;4)定制操作系統(tǒng)內(nèi)核后,導出平臺SDK,供在Embedded Visual C++中開發(fā)上層應用軟件。
3.1 BootLoader的移植
BootLoader是一段單獨的程序代碼，它存放于目標平臺的非易失性存儲介質(zhì)中，如ROM或Flash。在開發(fā)CE的過程中，它主要用于啟動硬件和下載nk.bin到目標板上，并有一定的監(jiān)控作用
由于BootLoader涉及到基本的硬件操作，如CPU的結(jié)構(gòu)、指令等，同時又涉及到以太網(wǎng)下載協(xié)議（TFTP，當然也可能通過串口）和映像文件格式。因此從零實現(xiàn)的話，會需要相當長的過程。好在微軟為每種類型的CPU都提供了某種標準開發(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。一些新的評估板可能會由第三方的廠商來提供Bootloader。如果硬件平臺是從這樣的基板設計而來的話，那么最好去尋求這些廠商獲取Bootloader來移植，以減少工作量。本文移植使用的就是PXA270 Bootloader。
3.2驅(qū)動程序的開發(fā)
與其他操作系統(tǒng)一樣，Windows CE.net也提供了驅(qū)動軟件，這些軟件的目的是驅(qū)動內(nèi)部和外圍的硬件設備，或者為他們提供接口。驅(qū)動程序?qū)⒉僮飨到y(tǒng)和設備連接起來，使得操作系統(tǒng)能夠識別設備并為應用程序提供設備服務。目前基于 Windows CE.net的兩種模型是本機設備驅(qū)動程序和流接口驅(qū)動程序。
本機設備驅(qū)動適于集成到 Windows CE.net平臺的設備。通用 LED 驅(qū)動和電源驅(qū)動就是這樣的例子。微軟提供了定制接口的方式來支持內(nèi)部設備驅(qū)動程序，絕大多數(shù)的開發(fā)人員不需要編寫本機設備驅(qū)動程序。
另外一種驅(qū)動模型是具有定制接口的流接口驅(qū)動程序，它是一般類型的設備驅(qū)動程序。流接口驅(qū)動程序表現(xiàn)為用戶一級的動態(tài)鏈接庫 DLL，用來實現(xiàn)一組固定的函數(shù)稱為流接口函數(shù)，這使得應用程序可通過文件系統(tǒng)訪問這些驅(qū)動程序。該部分實例參見參考文獻4，這里不再詳述。
3.3 操作系統(tǒng)配置、編譯和下載
針對開發(fā)中使用的開發(fā)平臺和應用需求，下面我們使用Windows CE.net操作系統(tǒng)移植開發(fā)工具Platform Builder來完成操作系統(tǒng)的配置編譯以及下載工作。
3.3.1 配置Platform Builder
在完成BSP或者驅(qū)動程序開發(fā)后，就可以用CEC Editor來編輯一個CEC文件，成功后就可以把此文件加載到PB IDE中。其中的原理就是PB用CEC文件來增加或者刪除某個功能單元，PB會解釋CEC文件中的數(shù)據(jù)格式。CEC文件編輯如圖1所示。加載CEC文件到PB中如圖2所示。
圖1 編輯CEC文件實例
圖2 加載CEC文件實例
3.3.2 配置操作系統(tǒng)[!--empirenews.page--]
選擇File->New Platform來開始一個“New Platform Wizard”，按照Platform Wizard 完成平臺的基本配置，在第三步選擇BSP包時，選擇 EMDOOR SYSTEMS XSBASE270：ARMV4I。因為我們開發(fā)用到的是億道公司提供的BSP包。在第四步選擇Internet Application ，第五步選擇組件時我們要選取 .net CF1.0支持，這是因為在使用.Net CF2.0時有些依賴的部件無法選擇，通過選擇.Net CF1.0支持就完成選擇了。
完成向?qū)Ш螅诰幾g內(nèi)核鏡像前，需要在Catalog中添加一些我們需要的組件和配置整個平臺系統(tǒng)變量。在Catalog中點擊右鍵就可以添加組件到工程中?？梢栽诓藛蜼iew/Catalog中打開Catalog窗口，將選用到的組件添加到系統(tǒng)中。
針對本文中應用程序開發(fā)的需要，在EELiod 開發(fā)平臺上選用的系統(tǒng)配置方案為：
（1）添加Usb Activesync (文件同步)
(Catalog->Core OS -> Windows CE.net devices -> Applications - End User->ActiveSync->
File Sync)
（2）添加COM組件運行時加載支持
(Catalog->Core OS -> Windows CE.net devices -> Applications and Services Development-> Component Object Mode-> COM-> CoCreateGuid functionality for OLE32)
（3）添加USB Mass Storage
(Catalog->Core OS -> Windows CE.net devices -> Core OS Services-> USB Host Support ->USB Storage Class Driver)
（4）添加Fat File System
(Catalog->Core OS -> Windows CE.net devices -> File Systems and Data Store -> Storage
Manager-> FAT File System)
（5）添加Disk Partition
(Catalog->Core OS -> Windows CE.net devices -> File Systems and Data Store -> Storage
Manager-> Partition Driver)
（6）添加軟鍵盤
(Catalog->Core OS -> Windows CE.net devices -> File Systems and Data Store -> Storage
Manager-> Storage Manager Control Panel Applet)
（7）添加USB Client 驅(qū)動
(Catalog-> Device Drivers -> USB Function -> USB Function Clients -> Serial)
（8）添加網(wǎng)卡驅(qū)動
(Catalog-> Third Party-> BSPs -> Emdoor Systems XSBase270: ARMV4I -> Device Drivers
-> Networking－>Local Area Networking(LAN) devices->lan91c111)
（9）添加Usb Activesync (USB Function).
(Catalog-> Third Party-> BSPs -> Emdoor Systems XSBase270: ARMV4I -> Device Drivers
-> USB Function->USB Function Bus Drivers->PXA27x USB Function)
3.3.3編譯平臺
在配置好操作系統(tǒng)后，下一步就是編譯，編譯過程分成4個階段:sysgen階段、特征編譯(feature build)階段、發(fā)行目錄拷貝(release copy)階段、映像生成(make image)階段。PB編譯工具先產(chǎn)生頭文件(header files )、成生模塊(modules ) ,再把每個最后得到的模塊拷貝到發(fā)行目錄下，最后產(chǎn)生二進制系統(tǒng)映像(默認為NK.bin)。在開始編譯前，需要通過Platform->Setting對話框來配置一些編譯選項，在該系統(tǒng)中所設置編譯選項如圖3所示。
3.3.4 下載鏡像
編譯整個平臺，待編譯成功后會在Release目錄($ FLATRELEASEDIR )下會找到一個Bootloader 鏡像文件eboot.nbo和系統(tǒng)鏡像文件NK.bin。在向目標板上下載系統(tǒng)鏡像文件之前，先要在目標板上下載BootLoader鏡像文件。下載BootLoader鏡像使用jflash工具。具體使用方法為將Eboot.nb0復制到jflash工具執(zhí)行文件所在的目錄，打開命令行，轉(zhuǎn)到Jflash目錄，執(zhí)行 Jflash pxa270 eboot.nb0 命令。
Jflash 使用PC機的并口將eboot.nb0下載到開發(fā)板，上面命令中Pxa270是我們開發(fā)板上JTAG接口的相關配置信息。向目標板上下載系統(tǒng)鏡像的途徑有多種，如通過串口、并口、網(wǎng)卡、USB等。只要BootLoader PC機上支持，可以選擇效率高的一種來下載鏡像。本論文中我們用到的BootLoader程序Eboot支持網(wǎng)卡下載，使用Platform Builder自帶下載工具下載。下載配置如圖4所示：
Target->Connectivity Options in Platform Builder.
圖3 配置平臺編譯設置
圖4 操作系統(tǒng)鏡像下載
4.應用程序開發(fā)
在Windows CE.net嵌入式操作系統(tǒng)上進行應用程序開發(fā)時，首先要考慮到一個問題：應用程序開發(fā)、調(diào)試和運行在不同的平臺之間進行的。所以我們在進行開發(fā)前，首先要導出一個針對該系統(tǒng)的開發(fā)工具包（SDK），這一步工作要在編譯完操作系統(tǒng)后完成。將編譯好
的SDK安裝到開發(fā)的PC機上，就可以使用EVC進行應用程序開發(fā)了。圖5為在論文所定制和移植的操作系統(tǒng)上開發(fā)的兒童多媒體詞典的運行效果圖。
圖5 兒童多媒體詞典的運行效果圖
5.結(jié)束語
嵌入式操作系統(tǒng)應用在千變?nèi)f化的硬件環(huán)境中,所以要根據(jù)硬件環(huán)境的變化進行配置,來滿足不同的應用要求。本文介紹了Windows CE.net在Intel PXA270的移植過程,對于其他處理器硬件環(huán)境，同樣具有參考價值。
本文作者創(chuàng)新點為解決了Windows CE.net在Intel PXA270的移植過程中的重點和難點，對嵌入式系統(tǒng)開發(fā)具有參考價值。
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