基于Intel PXA270的WinCE操作系統(tǒng)移植

 隨著科學(xué)技術(shù)進(jìn)步和3G時(shí)代的到來,高性能PDA產(chǎn)品作為一種電子消費(fèi)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(shí)時(shí)操作系統(tǒng)是開發(fā)嵌入式應(yīng)用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。向來以界面友好，易操作性，易開發(fā)性為賣點(diǎn)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(jìn)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(duì)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(yīng)用程序的運(yùn)行結(jié)果。

1.系統(tǒng)硬件平臺(tái)

論文使用的開發(fā)平臺(tái)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(kuò)充?？捎糜谑謾C(jī)、便攜式終端(PDA)、網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)設(shè)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(qiáng)型存儲(chǔ)控制器和PCMCIA/CF控制器以及通用I/O口的高度集成的應(yīng)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(shè)計(jì)的一種壓縮的、高效的、可升級(jí)的操作系統(tǒng)。在 Windows CE.net 產(chǎn)品的開發(fā)中，有兩個(gè)重要的方面，一個(gè)是內(nèi)核定制，一個(gè)是應(yīng)用程序的開發(fā)，微軟在這兩個(gè)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(yīng)用程序開發(fā)工具 Embedded Visual C++。Platform Builder 是基于 Windows CE.net平臺(tái)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(jìn)行設(shè)計(jì)、創(chuàng)建、編譯、測(cè)試和調(diào)試 Windows CE.net操作系統(tǒng)平臺(tái)的工具。同時(shí)，還可利用 Platform Builder 來進(jìn)行驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)和應(yīng)用程序項(xiàng)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(yīng)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(gè)通用的安裝版操作系統(tǒng),在形形色色的嵌入式硬件設(shè)備世界里，一款CE系統(tǒng)通常只會(huì)針對(duì)某一種硬件平臺(tái)生成。所以,必須根據(jù)自己的硬件平臺(tái)和應(yīng)用場合定制CE。操作系統(tǒng)移植步驟為:1)對(duì)操作系統(tǒng)進(jìn)行裁減,配置各個(gè)組件并且修改相關(guān)的配置文件;2)開發(fā)目標(biāo)設(shè)備系統(tǒng)上的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序,建立定制的CE操作系統(tǒng)映像文件;3)將目標(biāo)文件下載到目標(biāo)設(shè)備上進(jìn)行調(diào)試;4)定制操作系統(tǒng)內(nèi)核后,導(dǎo)出平臺(tái)SDK,供在Embedded Visual C++中開發(fā)上層應(yīng)用軟件。

3.1 BootLoader的移植

BootLoader是一段單獨(dú)的程序代碼，它存放于目標(biāo)平臺(tái)的非易失性存儲(chǔ)介質(zhì)中，如ROM或Flash。在開發(fā)CE的過程中，它主要用于啟動(dòng)硬件和下載nk.bin到目標(biāo)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(shí)又涉及到以太網(wǎng)下載協(xié)議(TFTP，當(dāng)然也可能通過串口)和映像文件格式。因此從零實(shí)現(xiàn)的話，會(huì)需要相當(dāng)長的過程。好在微軟為每種類型的CPU都提供了某種標(biāo)準(zhǔn)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(tái)最接近的作為標(biāo)本程序，然后再從自己的硬件平臺(tái)上入手做相應(yīng)的改動(dòng)。一些新的評(píng)估板可能會(huì)由第三方的廠商來提供Bootloader。如果硬件平臺(tái)是從這樣的基板設(shè)計(jì)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(dòng)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(dòng)軟件，這些軟件的目的是驅(qū)動(dòng)內(nèi)部和外圍的硬件設(shè)備，或者為他們提供接口。驅(qū)動(dòng)程序?qū)⒉僮飨到y(tǒng)和設(shè)備連接起來，使得操作系統(tǒng)能夠識(shí)別設(shè)備并為應(yīng)用程序提供設(shè)備服務(wù)。目前基于 Windows CE.net的兩種模型是本機(jī)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和流接口驅(qū)動(dòng)程序。

本機(jī)設(shè)備驅(qū)動(dòng)適于集成到 Windows CE.net平臺(tái)的設(shè)備。通用 LED 驅(qū)動(dòng)和電源驅(qū)動(dòng)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(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，絕大多數(shù)的開發(fā)人員不需要編寫本機(jī)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。

另外一種驅(qū)動(dòng)模型是具有定制接口的流接口驅(qū)動(dòng)程序，它是一般類型的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。流接口驅(qū)動(dòng)程序表現(xiàn)為用戶一級(jí)的動(dòng)態(tài)鏈接庫 DLL，用來實(shí)現(xiàn)一組固定的函數(shù)稱為流接口函數(shù)，這使得應(yīng)用程序可通過文件系統(tǒng)訪問這些驅(qū)動(dòng)程序。該部分實(shí)例參見參考文獻(xiàn)4，這里不再詳述。

3.3 操作系統(tǒng)配置、編譯和下載

針對(duì)開發(fā)中使用的開發(fā)平臺(tái)和應(yīng)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(dòng)程序開發(fā)后，就可以用CEC Editor來編輯一個(gè)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(gè)功能單元，PB會(huì)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(shí)例

圖2 加載CEC文件實(shí)例

3.3.2 配置操作系統(tǒng)

選擇File->New Platform來開始一個(gè)“New Platform Wizard”，按照Platform Wizard 完成平臺(tái)的基本配置，在第三步選擇BSP包時(shí)，選擇 EMDOOR SYSTEMS XSBASE270：armV4I。因?yàn)槲覀冮_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(shí)我們要選取 .net CF1.0支持，這是因?yàn)樵谑褂?Net CF2.0時(shí)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?，在編譯內(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(gè)平臺(tái)系統(tǒng)變量。在Catalog中點(diǎn)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(duì)本文中應(yīng)用程序開發(fā)的需要，在EELiod 開發(fā)平臺(tái)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(yùn)行時(shí)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(dòng)

(Catalog-> Device Drivers -> USB Function -> USB Function Clients -> Serial)

(8)添加網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)

(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(tái)

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(gè)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(gè)最后得到的模塊拷貝到發(fā)行目錄下，最后產(chǎn)生二進(jìn)制系統(tǒng)映像(默認(rèn)為NK.bin)。在開始編譯前，需要通過Platform->Setting對(duì)話框來配置一些編譯選項(xiàng)，在該系統(tǒng)中所設(shè)置編譯選項(xiàng)如圖3所示。

圖3 配置平臺(tái)編譯設(shè)置

3.3.4 下載鏡像

編譯整個(gè)平臺(tái)，待編譯成功后會(huì)在Release目錄($ FLATRELEASEDIR )下會(huì)找到一個(gè)Bootloader 鏡像文件eboot.nbo和系統(tǒng)鏡像文件NK.bin。在向目標(biāo)板上下載系統(tǒng)鏡像文件之前，先要在目標(biāo)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(fù)制到j(luò)flash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(jī)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(guān)配置信息。向目標(biāo)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(jī)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4 操作系統(tǒng)鏡像下載

4.應(yīng)用程序開發(fā)

在Windows CE.net嵌入式操作系統(tǒng)上進(jìn)行應(yīng)用程序開發(fā)時(shí)，首先要考慮到一個(gè)問題：應(yīng)用程序開發(fā)、調(diào)試和運(yùn)行在不同的平臺(tái)之間進(jìn)行的。所以我們?cè)谶M(jìn)行開發(fā)前，首先要導(dǎo)出一個(gè)針對(duì)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(jī)上，就可以使用EVC進(jìn)行應(yīng)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(yùn)行效果圖。

圖5 兒童多媒體詞典的運(yùn)行效果圖

5.結(jié)束語

嵌入式操作系統(tǒng)應(yīng)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(jìn)行配置,來滿足不同的應(yīng)用要求。本文介紹了Windows CE.net在Intel PXA270的移植過程,對(duì)于其他處理器硬件環(huán)境，同樣具有參考價(jià)值。

本文作者創(chuàng)新點(diǎn)為解決了Windows CE.net在Intel PXA270的移植過程中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，對(duì)嵌入式系統(tǒng)開發(fā)具有參考價(jià)值。