Windows CE操作系统BSP开发笔记

【原创】Windows CE操作系统BSP开发——————BootLoader开发OAL开发2011-11-290 概述BSP：介于主板硬件和操作系统之间的一层软件系统把操作系统与硬件交互的接口抽象抽取出来，再作为单独的一层函数，操作系统需要访问底层硬件的时候（例如初始化硬件、关中断等），不再直接访问硬件，而是调用抽象出来的这一层函数完成操作。

有了BSP层的抽象之后，操作系统内核的代码就可以做到只与CPU体系结构相关，而与具体的硬件无关了。

对于不同的CPU体系结构，操作系统仍然需要提供编译好的二进制代码或在该CPU下可编译的源代码。

因此，在内核中如果要使用汇编语句，对不同的CPU都要编写一份，所以操作系统代码大多数都是用C/C++实现的。

BSP与特定的嵌入式操作系统相关。

BSP对应的是某块具体的开发板/产品板，而不是某款CPU，也不是某类CPU 体系架构。

因此，BSP 与开发板一一对应。

概念：芯片支持包，CSPOAL 层：负责Windows CE 内核与硬件通讯。

当引导程序引导操作系统结束后，由OAL层负责硬件平台初始化、中断服务例程、实时钟、计时器、内核调试、开关中断和内核性能监测等工作。

OAL的代码在物理上是内核的一部分，最终经过编译链接，OAL会成为内核的一部分。

引导程序（Boot Loader）：在硬件开发板上执行的一段代码，它的主要功能是初始化硬件、加载操作系统映像到内存，然后跳转到操作系统代码去执行。

配置文件：一些包含配置信息的文本文件。

这些配置信息通常与操作系统映像或源代码有关。

例如告诉编译系统如何编译某些源代码，或告诉编译系统如何配置最终的操作系统映像文件。

.BIB、.DB、.REG 和.DAT四类平台初始化文件：用来告诉MakeImage工具如何生成操作系统映像；Sources和DIRS文件：告诉构建系统如何构建代码；CEC文件：这样BSP可以与Platform Builder集成。

设备驱动程序：Q：当最终的产品中不包含boot loader时，操作系统是如何启动的？A：开机就执行OAL代码，然后启动操作系统。

发布BSP的目的是把BSP打包成安装文件，以方便第三方软件开发商使用。

一般而言，可以把BSP打包成.MSI安装文件。

1 BootLoader开发Boot Loader通常位于目标设备上的非易失存储设备中（例如Flash、ROM），并且在系统加电或重置的时候自动执行。

可以通过JTAG或串口烧写工具把Boot Loader烧写到目标设备上。

绝大多数Boot Loader都会从开发机下载映像到目标机然后执行。

与使用JTAG烧写映像到目标机相比，这样做在开发过程中可以方便的更新目标机上的映像，缩短“修改/构建/下载/调试”的开发周期，以节省开发时间。

而之所以选用以太网，主要考虑是它的速度比较快。

图Boot Loader的执行顺序总体而言，Windows CE的Boot Loader有三大功能：◆初始化目标硬件设备：包括初始化内存、中断控制器、时钟和MMU等◆控制启动过程：提供一个简单的菜单与用户交互◆下载并执行操作系统Boot Loader组成BLCommon库：实现通用的Boot Loader框架，其功能包括：把Boot Loader搬到RAM里以获得更快的访问速度、解析以及解包.BIN文件的格式、检验校验和以及跟踪加载进度。

BLCommon库还会调用OEM代码来处理硬件初始化等操作。

在Boot Loader的代码中，开发者可以直接链接blcommon.lib 来使用BLCommon库中的功能。

OEM代码：以OEM开头的一些函数，需要开发人员实现。

EBoot库：实现DHCP、TFTP和UDP网络服务。

在Boot Loader的代码中，开发者可以直接链接eboot.lib来使用EBoot库中的功能。

Windows CE使用TFTP协议进行下载，EBoot库的目的是简化和封装复杂的网络操作。

Boot Loader中有两类设备经常被用到：以太网卡——下载操作系统映像；Flash——用来存储Boot Loader和下载的操作系统映像。

因此Boot Loader针对这两类硬件设备也抽象出了统一的接口，也可以被称作驱动程序，分别是EthDbg 驱动和FMD 驱动。

注：TFTP是一个简单的文件传输协议，EBoot使用它来下载操作系统映像；TFTP是基于UDP协议的。

DHCP 是从服务器动态获得IP地址的协议；如果网段内有DHCP 服务器，EBoot可以用DHCP 动态获得IP地址。

Boot Loader的工作流程和原理Boot Loader的实现必须和可选实现的OEM函数必须实现的与串口调试相关的函数配置和编译Boot Loader1，编译源代码Boot Loader的源代码由C语言代码和汇编语言代码组成。

编译这些代码都可以在Windows CE的构建系统下完成。

因此对于要构建的代码，首先需要编写SOURCES和DIRS文件。

2，配置Boot Loader配置文件须包含目标设备上的内存分配信息，其次要包含ROM的一些信息如起始位置、宽度等，最后还要包含需要打包的文件列表。

Boot.lib文件用来配置Boot Loader。

3，打包打包Boot Loader的工具与打包OS的工具是一样的，都是RomImage.exe。

此工具只接受一个BIB文件为参数。

SOURCES文件的最后一行定义了BootImage附加操作，构建系统在所有编译链接完成后自动调用此操作。

BootImage操作定义在EBoot目录的Makefile.inc文件中：使用RomImage.exe工具打包EBoot代码，将生成的文件（可能的格式有NB0、BIN和SRE）复制到Release目录。

4，最终，根据不同目标设备的烧写方式不同，选择一个适用于自己目标设备的映像，烧写进内置的Flash中，就可以在目标设备上运行Boot Loader了。

SOURCES文件实例：SMDK2410 BSP，Eboot，SOURCES2 OAL开发OAL（OEM Abstraction Layer）是位于Windows CE操作系统内核和目标硬件设备之间的硬件抽象代码。

从物理上来说，OAL的代码是操作系统内核的一部分。

通常OAL代码会被编译成一个库，然后这个库与其它的内核库进行链接，共同形成操作系统内核的可执行文件。

如果在最终的产品中没有Boot Loader，显然在OAL中就要实现硬件初始化。

WINCE的内核代码与CPU相关而与硬件设备无关，所有与具体外设相关的代码都在OAL中。

值得注意的是在OAL中，有很多代码是可以Boot Loader和OAL通用的。

这其中包括一些硬件初始化代码和端口访问代码。

Windows CE内核的构成：NK库：通常指的是NK.lib或NKProf.lib文件，这两个库文件是由微软提供的，包含了Windows CE操作系统内核的大部分功能。

例如：进程线程管理、调度管理、内存管理等。

因此NK 库是内核的核心所在。

其中NK.lib 是含有内核基本功能的库，而NKProf.lib 中含有性能监控代码。

根据CPU体系结构不同，NK库一共有四种，分别对应X86、ARM、MIPS和SH四类CPU。

这也是内核代码与CPU体系结构相关的体现。

KITL是Kernel Independent Transport Layer的缩写，其基本的思想是提供操作系统内核在开发机和目标设备之间建立连接和通信的途径。

正如KITL的名字所描述的一样，KITL的特点是与具体的数据传输介质无关。

数据可以通过以太网、串口、USB 或者并口等多种方式进行传输，但是对于操作系统内核而言，它看到的是统一的接口。

连接建立之后，操作系统内核的很多服务都可以架构在KITL之上。

例如内核调试，控制台等等。

实现KITL的库文件是KITL.Lib。

C函数库也是由微软提供的。

这部分代码是在内核中使用的C语言函数，名字是FullLibc.Lib。

一般的CRT代码都会架构在操作系统之上，并且用到操作系统的一些功能，但是这个库是与操作系统无关的，不会用到操作系统提供的服务，因此可以安全的用在操作系统内核中。

也正因如此，它实现的仅仅是C函数库的一个子集。

Production-Quality OAL是由微软提供的一些可重用的代码库。

这些代码库包含对特定CPU 或CPU内置的外设控制器的操作代码。

在实现BSP的时候，如果要实现对CPU操作或对CPU 内置控制器的操作，应该尽量使用PQOAL中的库而不要自己实现。

在BSP的代码中，基本上以OAL开头的函数都是PQOAL 库中的函数。

在ARM的函数调用过程中，寄存器R0、R1、R2和R3被用来传送函数的参数，而不像X86中把函数的参数放在栈上。

KernelStart()函数，即主控函数的功能:PRIVATE\WINCEOS\COREOS\NK\KERNEL\ARM\Armtrap.s 1，初始化页表、打开MMU和Cache页表就是虚拟地址和物理地址的映射表。

MMU利用查找页表把虚拟地址映射到物理地址。

页表中除了记录有虚拟地址的映射信息外，还包含此段内存的访问权限。

用户设置一个虚实映射的数组，Windows CE的代码会自动根据这个数组的内容去设置相应的页表。

这个数组就是OAL_ADDRESS_TABLE 。

它是一个有用户填充的数组，数组中的内容定义了物理地址到带缓存的虚拟地址（0x8000 0000到0x9FFF FFFF）之间的映射关系。

KernelStart()的代码会根据这个数组的内容，来配置页表。

KernelStart()会根据这个表建立两份虚实映射。

以SMDK2410为例，数组的定义在\PLATFORM\SMDK2410\SRC\INC\oemaddrtab_cfg.inc中。

g_oalAddressTableDCD 0x80000000, 0x32000000, 32 ; 32 MB DRAM BANK 6DCD 0x82000000, 0x08000000, 32 ; 32 MB SROM(SRAM/ROM) BANK 1DCD 0x84000000, 0x10000000, 32 ; nGCS2: PCMCIA/PCCARDDCD 0x86000000, 0x18000000, 32 ; 32 MB SROM(SRAM/ROM) BANK 3DCD 0x88000000, 0x20000000, 32 ; 32 MB SROM(SRAM/ROM) BANK 4DCD 0x8A000000, 0x28000000, 32 ; 32 MB SROM(SRAM/ROM) BANK 5DCD 0x8C000000, 0x30000000, 32 ; 32 MB DRAM BANK 6DCD 0x90800000, 0x48000000, 1 ; Memory control registerDCD 0x90900000, 0x49000000, 1 ; USB Host registerDCD 0x90A00000, 0x4A000000, 1 ; Interrupt Control registerDCD 0x90B00000, 0x4B000000, 1 ; DMA control register……………………DCD 0x91800000, 0x58000000, 1 ; A/D convert registerDCD 0x91900000, 0x59000000, 1 ; SPI registerDCD 0x91A00000, 0x5A000000, 1 ; SD Interface registerDCD 0x92000000, 0x00000000, 32 ; 32 MB SROM(SRAM/ROM) BANK 0DCD 0x00000000, 0x00000000, 0 ; end of tableEND2，设置异常向量跳转表3，当MMU和Cache打开之后，还需要初始化每个模式下的栈，才能开始执行C语言代码。