Windows CE．NET是微軟公司向嵌入式領域推出的一款操作系統(tǒng)，被廣泛應用于平板電腦、數(shù)碼相機、彩屏手機、PDA等許多產(chǎn)品當中。
Windows CE的開發(fā)過程可以分為：0AL(OEM Abstraction Layer)、驅動、應用程序開發(fā)三個步驟。其中，0AL開發(fā)是Windows CE開發(fā)過程中最基本的一步，而Boot Loader設計在0AL開發(fā)中又具有極為關鍵的作用。因此，本文以Windows CE 5.0在Xscale PXA270處理器上的Ethernet Boot Loader的設計和實現(xiàn)為例，對Boot Loader的實現(xiàn)進行闡述，并分析Boot Loader的架構、啟動控制流程和配置安裝。
對于Windows CE嵌入式操作系統(tǒng)來說，系統(tǒng)加電后第一條指令就是Boot Loader的代碼。Boot Loader通常位于目標設備上的非易失存儲設備中(如Flash)，并且在系統(tǒng)加電或重置時自動執(zhí)行。通?？梢酝ㄟ^JTAG或串口工具把Boot Loader燒寫到目標設備上，Boot Loader的唯一目標就是加載并執(zhí)行操作系統(tǒng)映像。
在嵌入式應用系統(tǒng)最終產(chǎn)品化后，Boot Loader將不是必須的。因為Windows CE不僅提供了利用Boot Loader加載系統(tǒng)的啟動方式，而且提供了通過啟動向量ResetVector 加載系統(tǒng)的啟動方式。但在系統(tǒng)開發(fā)階段，Boot Loader是必須的，它將使開發(fā)更加方便高效。
硬件平臺架構
處理器采用英特爾的XScale PXA270系列處理器，可以配合2700G多媒體加速器，提升高分辨率圖像處理和3D加速處理能力。硬件開發(fā)板的外設包括外部存儲器、串口和DM9000AE 100Mb以太網(wǎng)接口芯片。
Boot Loader的體系結構
一個典型的以太網(wǎng)Boot Loader由Blcommon、OEM代碼(針對不同硬件平臺需要修改代碼)Eboot和網(wǎng)絡驅動程序等部分組成組成，如圖1所示。
圖1 Boot Loader框架結構
● Blcommon庫
BLCOMMON庫提供了豐富Boot Loader基本功能，包括復制Boot Loader到RAM 以便高速運行，解析 .bin文件，控制系統(tǒng)加載過程等等。代碼庫一般放置在%_WINCEROOT% \PUBLIC\COMMON\OAK\DRIVERS \ETHDBG\BLCOMMON。其主要文件為blcommon.c。
● OEM代碼
OEM代碼是與設備初始化及硬件擴展有關的代碼，位置在%_WINCEROOT% \PLATFORM\<平臺名稱>\SRC\BOOTLOADER\ EBOOT。
● EBoot庫
Eboot庫提供了DHCP、TFTP和UDP服務。BooLoader與Platform Builder建立TFTP連接．并下載系統(tǒng)鏡像。其中TFTP用于從開發(fā)工作站的Platform Builder下載Windows CE操作系統(tǒng)鏡像(這是本文所使用的加載調試方式)。Eboot庫代碼位于%_WINCEROOT% \PUBLIC \COMMON\OAK\DRIVERS \ETHDBG\EBOOT。
● 網(wǎng)絡驅動庫
EDBG驅動程序庫集成了一些常見以太網(wǎng)驅動，為Bootloader和操作系統(tǒng)訪問提供了通用接口。Boot Loader利用這些接口下載Windows CE運行時映象，操作系統(tǒng)利用這些接口實現(xiàn)與Platform Builder的KITL連接。
Boot Loader啟動控制流程
由于硬件的差異，Boot Loader的功能可能不同，圖2所示的是Boot Loader的較為通用的啟動控制流程。
圖2 Boot Loader啟動控制流程
● 啟動函數(shù)StartUp
StartUp函數(shù)是Boot Loader的入口函數(shù)，在CPU啟動后它將立即運行。該函數(shù)使用匯編語言編寫，完成初始化CPU、內存(包括建立存儲器訪問和初始化緩存)等核心硬件， 其主要完成的功能包括：使CPU進入正確的運行模式，以便CPU 能夠訪問所有的硬件資源；禁用所有的CPU中斷；關閉MMU和TLB；禁用Cache和write Buffer；初始化內存控制器；初始化其他硬件設備，如時鐘等；將Boot Loader本身復制到內存中；跳轉到C代碼中。
實現(xiàn)這些功能的代碼一般放置在StartUp.s文件中。由于此處是用匯編語言編寫的，有較強的硬件相關性，所以一般參考板的CPU與開發(fā)平臺的CPU考慮采用相同的架構，這樣做可以不需要對寄存器的定義和初始化流程的等進行修改。
● 主控部分Main函數(shù)
StartUp函數(shù)初始化CPU等核心硬件并跳轉到Main函數(shù)后，系統(tǒng)轉入了C語言代碼執(zhí)行環(huán)境。Main函數(shù)的主要任務時調用 BLCommon中的BootloaderMain()函數(shù)。而BootloaderMain()函數(shù)是Boot Loader的主控函數(shù)，它控制了Boot Loader的完整執(zhí)行流程。它的主要工作如下。
(1)重定位全局變量函數(shù)KernelRelocate()，它將Boot Loader中的全局變量重定位到RAM中。這樣做的原因在于Boot Loader是在目標設備的只讀媒體上運行的(本實際方案是在NOR Flash上)，這樣的情況下將使得Boot Loader的代碼對全局變量進行讀寫操作就會失敗。所以需要把全局變量所在的數(shù)據(jù)段移到RAM中，來確保全局變量可寫。
(2)初始化調試端口函數(shù)OEMDebugInit，主要任務是初始化調試輸出用的硬件端口，方便輸出調試信息。本方案初始化FFUART(全功能串口)用來輸出調試信息，在終端開發(fā)機上進行接收。
(3)初始化平臺函數(shù)OEMPlatformInit()，其作用是初始化目標板上的的設備如實時時鐘，顯示屏、Flash、網(wǎng)卡等。
(4)預下載函數(shù)OEMPreDownloade()，主要任務是完成以太網(wǎng)下載前的一些準備工作，如通過DHCP獲得IP地址或者初始化TFTP服務等。
(5)下載映像函數(shù)DownloadeImage()，該函數(shù)完成從遠程開發(fā)機上下載操作系統(tǒng)映像。
(6)啟動映象函數(shù)OEMLaunch。
在實際開發(fā)中，本方案利用同屬Intel Xscale 270 CPU的MainstoneII開發(fā)板進行克隆，這樣使得大量的代碼可以共享，只需修改少許的OEM代碼和實現(xiàn)一些可選的OEM函數(shù)即可完成開發(fā)，減少未知錯誤。
Boot Loader通過對以上函數(shù)的調用，完成了對操作系統(tǒng)的映像的加載控制，函數(shù)的流程及其代碼位置如圖3所示。
圖3 Boot Loader函數(shù)調用流程
● Boot Loader的配置
BootLoader程序可以通過PB的集成編譯環(huán)境編譯鏈接，控制文件為.bib文件，.bib文件主要完成以下工作。
(1)配置目標設備上的內存分配信息，如目標設備上的物理內存起始地址、長度以及用途等；
(2)包含ROM信息，如起始位置、寬度等，這樣就可以正確的生成可以在ROM上運行的映像文件；
(3)需要打包文件列表。
對于Boot Loader文件的下載，可以通過仿真器下載，也可以通過其他調試程序下載，本方案采用的是直接燒寫到Flash中，因此要得到純二進制格式的映像以便燒 寫進Flash。Boot Loader是系統(tǒng)啟動后第一個運行的程序，因此它必須放在CPU 上電和復位后立即運行的地址處。Xscale在上電和復位后是從物理地址0x00000000(片選0 Boot Flash的起始地址)開始運行的。
結束語
作為Windows CE操作系統(tǒng)的啟動部分，Boot Loader負責把Windows CE操作系統(tǒng)加載到內存中，然后開始執(zhí)行。雖然最終的產(chǎn)品中可能不含Boot Loader，但是在開發(fā)和調試的時候Boot Loader是不可或缺的。只有得到一個穩(wěn)定工作的Boot Loader程序，才能夠更進一步開發(fā)Windows CE的BSP，直至最后整個系統(tǒng)的成功。
