基于S3C2410的Windows CE 5.0 BSP移植

1 引言

在當(dāng)今后PC時代，嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用得越來越廣泛，嵌入式產(chǎn)品充斥著許多領(lǐng)域，日常生活的手機，MP4，PDA等都屬于典型的嵌入式系統(tǒng)。在嵌入式系統(tǒng)中，微處理器和操作系統(tǒng)是進行應(yīng)用開發(fā)的基礎(chǔ)。在微處理器方面，S3C2410是Samsung公司推出的一款基于ARM920T內(nèi)核的16/32位 RISC嵌入式CPU，主要面向手持設(shè)備以及高性價比、低功耗的應(yīng)用。在操作系統(tǒng)方面，Windows CE 5.0是由微軟提供的一款嵌入式操作系統(tǒng)，在Windows CE 4.2基礎(chǔ)上，它又加入了一些新特性以滿足市場需求。板級支持包 (Board Support Package，BSP)是操作系統(tǒng)的一個組成部分，提供對硬件的支持。BSP的開發(fā)在整個產(chǎn)品開發(fā)時間上占了很大比例，快速的移植滿足產(chǎn)品需求的BSP 在競爭激烈的市場環(huán)境里顯得很重要。目前已有許多關(guān)于S3C2410、Windows CE以及BSP相關(guān)的研究報道，文獻[1]研究基于s3c2410的GPS通信技術(shù)及實現(xiàn)，文獻[2]中詳盡分析Windows CE的結(jié)構(gòu)，文獻[3]中歸納了Windows CE 4.2專用操作系統(tǒng)的定制和裁剪方法，文獻[4]則探討基于DSP嵌入式多媒體應(yīng)用系統(tǒng)板級支持包的開發(fā)。目前關(guān)于Windows CE的應(yīng)用主要采用Windows CE 4.2及以下版本，本文研究基于S3C2410的Windows CE 5.0 BSP移植技術(shù)。

2 Windows CE 5.0及BSP結(jié)構(gòu)分析

移植基于S3C2410的Windows CE 5.0 BSP，需要分析Windows CE 5.0 及BSP結(jié)構(gòu)。Windows CE 5.0是一款開放的、可升級的32位嵌入式操作系統(tǒng)，具有高可靠性，是一種硬實時嵌入式操作系統(tǒng)，它可以在多種處理器架構(gòu)（如x86、MIPS、ARM和 SH4）上運行，Windows CE支持ARM體系結(jié)構(gòu)，這是基于S3C2410 處理器進行BSP移植的前提條件。Windows CE 5.0 BSP通常包含以下幾部分：Bootloader，OAL(OEM adaptation layer)，設(shè)備驅(qū)動程序，配置文件等。

BootLoader是加電即運行的一段程序，它初始化硬件，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。在Windows CE 5.0系統(tǒng)中，它主要用于下載和啟動鏡像nk.bin，也就是兩種工作模式：啟動加載模式：用戶最終使用的產(chǎn)品即為該模式；下載模式：鏡像首先被 bootloader下載到目標(biāo)機的RAM中，然后被固化到Flash。

設(shè)備驅(qū)動程序按照導(dǎo)出的接口不同可分為：本機驅(qū)動程序以及流接口驅(qū)動程序.本機驅(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。

OAL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，在物理上OAL與內(nèi)核庫連接來產(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[5]。

Configuration File里面包含的是與生成的鏡像相關(guān)的配置信息。

移植Windows CE下S3C2410對應(yīng)的BSP，就是修改Windows CE自帶的BSP或者修改硬件平臺以前版本的BSP的幾個主要組成部分，使得BSP能有效支持硬件系統(tǒng)。

3 BSP移植

如果從零開始開發(fā)Widows CE 5.0 BSP，則需要相當(dāng)長的時間。通常的做法是：⑴將自己硬件平臺基于Windows CE 4.2及以前版本的BSP移植到Windows CE 5.0系統(tǒng)上；⑵從Windows CE 5.0 BSP中尋找與硬件平臺最接近的作為模板，然后再從自己的硬件平臺上入手做相應(yīng)的修改，從而得到可以在自己系統(tǒng)上使用的BSP。本文探討的BSP移植屬于第一種情況。

本次移植平臺采用的是深圳英蓓特公司的EdukitIII實驗箱，微處理器是S3C2410，外帶64M NAND Flash芯片等相關(guān)硬件資源。軟件資源有：edukit2410包（Windows CE 4.2版本下的BSP）。

3.1 bootloader移植

bootloader的執(zhí)行流程如下：

⑴ 執(zhí)行startup.s：對CPU，內(nèi)存控制器，Cache等做一些基本的初始化。

⑵ 初始化串口：調(diào)用函數(shù)OEMInitDebugSerial（）來完成。

⑶ 初始化平臺：調(diào)用函數(shù)OEMPlatformInit（），主要對所需硬件資源進行初始化，通常包括：以太網(wǎng)控制器（CS8900A）、系統(tǒng)時鐘、存儲設(shè)備以及其他一些外圍設(shè)備。

⑷ 調(diào)用函數(shù)OEMPreDownload（）：做一些準(zhǔn)備工作如獲取IP地址，初始化TFTP連接等。

⑸ 執(zhí)行函數(shù)DownloadImage（）：下載鏡像到SDRAM中。

⑹ 調(diào)用OEMLaunch（）函數(shù)啟動操作映像。

其中startup.s,OEMInitDebugSerial（）可以與OAL共享使用，兩函數(shù)的修改在OAL移植過程中敘述。

Bootloader移植主要過程有：

⑴ 修改相應(yīng)的dir，source文件，下面列出部分庫路徑：

TARGETLIBS=
$(_TARGETPLATROOT)lib$(_CPUINDPATH)csp_arm.lib
$(_COMMONOAKROOT)lib$(_CPUDEPPATH)eboot.lib
$(_COMMONOAKROOT)lib$(_CPUINDPATH)cs8900dbg.lib

其中csp_arm.lib這個庫只存在于Windows CE 4.2的$(_PUBLICOAKROOT)，是ARM體系結(jié)構(gòu)鏈接庫之一，在Windows CE 4.2系統(tǒng)下位于PUBLIC目錄，而在Windows CE 5.0系統(tǒng)下存在于PLATFORM，導(dǎo)致編譯系統(tǒng)找不到該庫文件，因此，修改這個庫的鏈接路徑，使得Platform builder這個編譯系統(tǒng)能夠找到這個鏈接庫。

⑵ 修改makefile.inc，因為該文件指定生成eboot.bin(Ethernet bootloader鏡像)所需要的文件以及拷貝eboot.bin到releasedir目錄，其中：

romimage $(_TARGETPLATROOT)ebootboot.bib

為生成生成eboot.bin所需要的配置文件，否則，系統(tǒng)通過編譯卻無法生成eboot.bin.

⑶ 修改boot.bib，使其不與config.bib中的內(nèi)存分配造成沖突。

⑷ 改進eboot，因為eboot燒寫NK.BIN(OS鏡像)的時候會查找BINFS分區(qū)，然后把下載的image燒寫到BINFS分區(qū)。如果沒有找到現(xiàn)存的BINFS分區(qū)，eboot會低格NAND FLASH，并創(chuàng)建MBR(main boot record),在MBR中有分區(qū)表。目前最多支持4個分區(qū)，而BINFS分區(qū)的大小是以NK.BIN展開的大小按block對齊，所以會出現(xiàn)個問題，當(dāng)修改過重新生成的NK.BIN比之前寫進NAND FLASH的IMAGE大并且超出block對齊的時候，將會導(dǎo)致燒寫新的NK.BIN失敗，我們可以通過每次下載燒寫NK.BIN前先低格NAND FLASH來解決這個問題，但顯然這不是妥善的解決方法，增加用戶使用復(fù)雜度，所以我們可以把BINFS分區(qū)的大小固定，而這個固定的大小可以參考生成 NK.BIN的config.bib中定義的ROMSIZE，這樣無論NK怎么修改，BINFS一經(jīng)創(chuàng)建無需更改，eboot把NK寫進NAND FLASH之后，會把剩余的FREE空間創(chuàng)建一個FAT分區(qū)，如果我們要實現(xiàn)HIVE REGISTRY就可以把這個分區(qū)mounts成MountAsBootable。

3.2 OAL移植

OAL的移植過程中，OEM主要實現(xiàn)以下幾個函數(shù)：Startup.s，調(diào)試串口函數(shù)，OEMInit函數(shù)，系統(tǒng)時鐘函數(shù)，中斷處理函數(shù)等。

⑴ 修改Startup.s，此函數(shù)為OS啟動時第一個要調(diào)用的函數(shù)，也是OEM要實現(xiàn)的重要函數(shù)之一，主要完成的功能是：將CPU初試化到一種已知的狀態(tài)；并調(diào)用內(nèi)核初始化函數(shù)kernelstart。Startup.s需要修改，修改后的部分代碼如下：
……
ldr r0, = 0X4A000008
ldr r1, = 0xffffffff ; 禁止所有中斷
str r1, [r0]
ldr r0, = 0X4A00001C
ldr r1, = 0x7ff ; 禁止所有子中斷
str r1, [r0]
……..
add r0, pc, #g_oalAddressTable - (. + 8)
bl KernelStart //跳轉(zhuǎn)到KernelStart

⑵ 修改串口調(diào)試函數(shù)。執(zhí)行完Startup.s,系統(tǒng)就跳轉(zhuǎn)到Kernelstart函數(shù)，位于private目錄，該函數(shù)第一個任務(wù)就是初始化串調(diào)試口，否則，就無法進行后面的調(diào)試工作。其中OEMReadDebugByte, OEMWriteDebugByte, OEMWriteDebugString不用做修改，需要注意的是OEMInitDebugSerial，選UART0，UART1的寄存器配置不一樣，若選用UART0，使用配置：
s2410IOP->rGPHCON = ~((3 4) | (3 6));
s2410IOP->rGPHCON |= ((2 4) | (2 6));

而選擇UART1，則使用配置的是：
s2410IOP->rGPHCON = ~((3 8) | (3 10));
s2410IOP->rGPHCON |= ((2 8) | (2 10));