【IT168專稿】近期，公司讓我負(fù)責(zé)一個嵌入式消費產(chǎn)品的開發(fā)項目。此產(chǎn)品原來的操作系統(tǒng)是WinCE 5.0，現(xiàn)在因應(yīng)市場需求不但要增加功能更加強(qiáng)大的硬件，而且公司也要求把操作系統(tǒng)升級為WinCE 6.0。在接手此項目后，我立即開始進(jìn)行操作系統(tǒng)的定制開發(fā)，但結(jié)果卻是欲速則不達(dá)。

   后來，我在時間和成本的多重壓力因素下反思時，發(fā)現(xiàn)我犯了一個致命的錯誤，就是為了更快的把產(chǎn)品推向市場，在開發(fā)過程應(yīng)該是移植操作系統(tǒng)而不是重新定制操作系統(tǒng)。本文根據(jù)我在此項目上得到的經(jīng)驗和總結(jié)，先分析BSP移植對WinCE的重要性和影響，然后在此基礎(chǔ)上通過對Bootloader、OAL和驅(qū)動程序的移植來具體探討B(tài)SP的移植過程。

 什么是WinCE操作系統(tǒng)移植？

   （1）為什么要進(jìn)行操作系統(tǒng)移植？
   目前嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用變得越來越廣泛了，嵌入式產(chǎn)品充斥著許多領(lǐng)域，如日常生活的手機(jī)、MP4、PDA等都屬于典型的嵌入式系統(tǒng)。隨著技術(shù)和消費者需求的變化，即使是同一類型的嵌入式產(chǎn)品也會存在著硬件平臺的變化，或會存在著軟件平臺的更新?lián)Q代。因此，為了更快的適應(yīng)市場需求，在實際開發(fā)過程更傾向于移植操作系統(tǒng)而不是重新開發(fā)操作系統(tǒng)。這樣不但可以節(jié)省時間，還能大大提高開發(fā)效率。

   由于嵌入式系統(tǒng)是一個軟硬件緊密結(jié)合的系統(tǒng)，因此操作系統(tǒng)移植包含兩個層面上的工作：一個層面是CPU級的，另一個層面是板級的。由于WinCE操作系統(tǒng)幾乎完全是用C語言編寫的,所以可移植到眾多的32位微處理器上。這其中包括ARM、x86、MIPS和SHx等，而且CPU級的移植通常由微軟或芯片制造商來完成，這會極大地減輕0EM廠商開發(fā)過程中移植操作系統(tǒng)的工作量，但板級層面的移植則還是需要由OEM廠商來完成的。

   一般來說，一個WinCE系統(tǒng)包括四層結(jié)構(gòu)：應(yīng)用程序、WinCE內(nèi)核映像、板級支持包（BSP）、硬件平臺。而基本軟件平臺則主要由WinCE系統(tǒng)內(nèi)核映像（OS Image）和板卡支持包（BSP）兩部分組成。因為WinCE系統(tǒng)是一個軟硬件緊密結(jié)合的系統(tǒng)，因此即使CPU處理器相同，但是如果開發(fā)板上的外圍硬件不相同，這個時候還是需要修改BSP來完成一個新的BSP。因此換句話說，就是WinCE的移植過程主要是改寫B(tài)SP的過程。

   （2）什么是板級BSP移植？
   一般來說，從零開始開發(fā)和定制WinCE BSP是需要相當(dāng)長的時間，BSP的定制開發(fā)在整個嵌入式產(chǎn)品開發(fā)時間上占了很大比例。所以，快速的BSP移植是適應(yīng)激烈競爭的市場環(huán)境的一個捷徑。BSP(Board Support Packet——板級支持包)是介于底層硬件和上層軟件之間的底層軟件開發(fā)包，它主要的功能是給上層提供統(tǒng)一接口，同時屏蔽各種硬件底層的差異，以及提供操作系統(tǒng)的驅(qū)動及硬件驅(qū)動。簡單的說，就是BSP包含了所有與硬件有關(guān)的代碼，為操作系統(tǒng)提供了硬件平臺無關(guān)性。因此，通過BSP系統(tǒng)，就能將CPU的硬件系統(tǒng)與Windows CE的軟件系統(tǒng)聯(lián)系為一個整體。

   從WinCE開發(fā)文檔中我們可知，BSP是一個包括啟動程序Bootloader、OEM適配層程序(OAL)、標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)板(SDB)和相關(guān)硬件設(shè)備的驅(qū)動程序和配置文件的軟件包。其中Bootloader是加電即運行的一段程序，它能初始化硬件，建立系統(tǒng)的內(nèi)存空間映射，為最終調(diào)用系統(tǒng)內(nèi)核做準(zhǔn)備。主要用于下載和啟動鏡像nk.bin。而OAL則是邏輯上駐留在Windows CE內(nèi)核與目標(biāo)設(shè)備之間的代碼層，OEM廠商使用這些代碼把WinCE適配到自己的硬件上；在物理上OAL是與內(nèi)核庫連接在一起產(chǎn)生內(nèi)核可執(zhí)行文件。OAL簡化了操作系統(tǒng)與目標(biāo)代碼之間的通信，OAL代碼用來處理中斷、記時器、電源管理、通用I/O控制等。最后，設(shè)備驅(qū)動程序是指本機(jī)驅(qū)動程序以及流接口驅(qū)動程序。本機(jī)驅(qū)動程序有GEWS.exe加載的鼠標(biāo)、鍵盤、觸摸屏、顯示驅(qū)動等；而流接口驅(qū)動程序使用一組流函數(shù)來實現(xiàn)，通常由Device.exe加載，如網(wǎng)卡、聲卡、USB等

WinCE BSP移植的流程和步驟

   從前文分析我們可以知道，WinCE系統(tǒng)移植的重點是BSP 的移植。而BSP移植主要包括啟動程序Bootloader、OEM適配層程序OAL、標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)板(SDB)本地驅(qū)動程序以及一些文件配置的修改。以下是WinCE BSP移植的主要內(nèi)容和流程步驟：

   （1）啟動程序Bootloader的移植步驟
   修改Bootloader是移植Win CE系統(tǒng)第一步，也是關(guān)鍵的一步。只有得到一個穩(wěn)定工作的啟動程序，才能夠進(jìn)一步完成WinCE BSP的移植。Bootloader主要用來管理目標(biāo)平臺的啟動過程，它是一段單獨的程序代碼，通過這段小程序可以初始化硬件設(shè)備、建立內(nèi)存空間的映射圖和下載操作系統(tǒng)的映像文件等，從而將系統(tǒng)的軟硬件環(huán)境帶到一個合適的狀態(tài)，它一般存放于目標(biāo)平臺的非易失存儲介質(zhì)中，如ROM或Flash。

   一般來說，對于Bootloader的功能,不同的場合區(qū)別很大。比如，在桌面Windows版的PC硬件平臺上，由于硬件啟動根本就不通過Bootloader（而是通過BIOS），所以Bootloader就無需對CPU加電后的初始化做任何工作；而在嵌入式WinCE平臺上，Bootloader是最先被執(zhí)行的程序，所以就必須包括加電初始化程序，同時通常Bootloader必須包含下載WinCE映像文檔的功能。由于Bootloader會涉及到基本的硬件操作，如CPU的結(jié)構(gòu)、指令等，也會又涉及到以太網(wǎng)下載協(xié)議和映像文檔格式。因此，從零開發(fā)實現(xiàn)的話會需要相當(dāng)長的過程，通常的做法是利用微軟為每種類型的CPU提供的某種標(biāo)準(zhǔn)研發(fā)板的Bootloader例程。

   根據(jù)我在這次項目移植得到的經(jīng)驗，Bootloader的移植步驟主要是：①是修改相應(yīng)的dir、source文件；②是修改makefile.inc；③是修改boot.bib，使其不與config.bib中的內(nèi)存分配造成沖突；④是改進(jìn)eboot，因為eboot燒寫NK.BIN的時候會查找BINFS分區(qū)，然后把下載的image燒寫到BINFS分區(qū)。

   （2）OAL的移植步驟
   OAL的全稱是OEM Adaption Layer，即原始設(shè)備制造商適配層。它是位于Windows CE內(nèi)核和目標(biāo)硬件平臺之間的一個代碼層，OAL主要負(fù)責(zé)Windows CE與硬件通信，它與CPU、中斷、內(nèi)存、時鐘和調(diào)試口等核心設(shè)備相關(guān)，也是OAL各個模塊代碼被編譯后（.lib）和其它內(nèi)核庫鏈接到一起形成Windows CE的內(nèi)核可執(zhí)行文檔NK.EXE的關(guān)鍵。簡單的說，OAL就是用來屏蔽CPU平臺的細(xì)節(jié)和抽象硬件功能，以實現(xiàn)操作系統(tǒng)內(nèi)核的可移植性。

   從邏輯結(jié)構(gòu)上看，OAL位于WinCE操作系統(tǒng)的內(nèi)核與硬件之間，是連接WinCE系統(tǒng)與硬件的樞紐；從功能上看，OAL頗似桌面PC上的BIOS，具有初始化設(shè)備、引導(dǎo)操作系統(tǒng)以及抽象硬件功能等作用。但與B10S不同的是，0AL隸屬于操作系統(tǒng)，是操作系統(tǒng)的一部分。

   從我在這次項目中得到的經(jīng)驗來看，Windows CE安裝目錄的子目錄中都包含有OAL的部分源碼。OAL的移植實現(xiàn)應(yīng)是在fwxsc1.s、main.c、Flash.c、Edeviceinit.c等文件中，可根據(jù)實際需要修改相應(yīng)的代碼。在OAL移植過程中，主要是修改這幾個函數(shù)：修改Startup.s函數(shù)、修改串口調(diào)試函數(shù)、修改OEMInit函數(shù)、修改系統(tǒng)時鐘函數(shù)和修改中斷處理函數(shù)等。實際上，大多數(shù)情況下開發(fā)工程師對OAL只要修改即可，甚至無需修改。