Windows 的智能移動(dòng)信息終端設(shè)計(jì)

來源：?jiǎn)纹瑱C(jī)及嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用 作者：國防科技大學(xué) 劉劍鋒 趙 宇 李吉成
摘要：給出一種以In PXA263微處理器為核心芯片，基于Windows 嵌入式操作系統(tǒng)的智能移動(dòng)信息終端的設(shè)計(jì)方法。首先介紹In PXA263微處理器的性能，給出自行開發(fā)硬件平臺(tái)（Wind_Rain板）的結(jié)構(gòu)框圖，然后分析Windows 的一般開發(fā)流程，并以Wind_Rain硬件平臺(tái)為例，給出Windows 開發(fā)的具體步驟。試驗(yàn)測(cè)試表明，該系統(tǒng)具有功能強(qiáng)、可靠性高、穩(wěn)定性好、功耗低、攜帶方便等優(yōu)點(diǎn)，具有良好的應(yīng)用前景。

    關(guān)鍵詞：PXA263處理器 Windwos 嵌入式開發(fā) 智能移動(dòng)信息終端

引言

近年來，Internet與網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用迅速普及，并向家庭領(lǐng)域不斷擴(kuò)展，使消費(fèi)電子、計(jì)算機(jī)、通信一體化趨勢(shì)日趨明顯，嵌入式系統(tǒng)再度成為研究與應(yīng)用的熱點(diǎn)?？梢灶A(yù)見，伴隨著需求的增長(zhǎng)，有著體積小、耗能低、應(yīng)用靈活、功能強(qiáng)大、可靠性強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn)的嵌入式系統(tǒng)定會(huì)有無法估計(jì)的應(yīng)用前景。In XScale PXA263是一種十分*的嵌入式處理器，采用XScale核心，頻率為200～400MHz，加強(qiáng)了微處理器速度的管理，加快了多媒體處理的速度，并支持802.11b及藍(lán)牙技術(shù)、USB接口。In的XScale技術(shù)將手持設(shè)備的功能推上了一個(gè)新的高度，其電源管理 能力提供了的操作效率。配合Microsoft的嵌入式操作系統(tǒng)Windows ，將進(jìn)一步提升系統(tǒng)的整體性能。本文將通過一個(gè)具體的例子介紹一種基于In PXA263處理器和Windows 操作系統(tǒng)的軟件平臺(tái)的設(shè)計(jì)方法。

1 硬件平臺(tái)的構(gòu)建

1.1 In PXA263處理器

In PXA263處理器是In公司推出的一款嵌入式微處理器。In PXA263處理器基于In多晶片產(chǎn)品（MCP）封裝技術(shù)，也是*套創(chuàng)新堆棧式處理器。它整合了32位的32MB In StrataFlash內(nèi)存與含In Xscale技術(shù)的處理器，比其它分離（stand alone）型產(chǎn)品節(jié)省72%的空間，能夠在體積更小的單系統(tǒng)封裝內(nèi)提供更強(qiáng)大的運(yùn)算與內(nèi)存功能。同時(shí)，能減少產(chǎn)品使用的組件數(shù)量，讓制造商開發(fā)出新型與*功能設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，其中包括執(zhí)行各種效能密集應(yīng)用，例如，MPEG4影片解碼、語音與手寫識(shí)別及游戲等。以上這些特點(diǎn)使得In PXA263更加適合在體積和功耗要求較嚴(yán)的移動(dòng)設(shè)備中使用。

1．2 硬件平臺(tái)的設(shè)計(jì)

本智能移動(dòng)信息終端采用Microsoft的Windows 嵌入式操作系統(tǒng)，能夠通過CCD攝像頭實(shí)現(xiàn)圖像的輸入，也可以通過觸摸屏實(shí)現(xiàn)輸入，同時(shí)能夠通過GPRS模塊和另的終端以及主控設(shè)備實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的數(shù)據(jù)傳輸和通信。根據(jù)In PXA263的特點(diǎn)和應(yīng)用要求，首先開發(fā)一個(gè)硬件平臺(tái)（以下稱WindRain板），其具體的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。該硬件平臺(tái)主要由微處理器In PXA263、外部RAM、CCD接口、GPRS模塊、LCD、USB接口、串口等組成，同時(shí)可以通過SD卡和CF卡實(shí)現(xiàn)外部存儲(chǔ)器的擴(kuò)展。

2 Windows 操作系統(tǒng)的移植

2.1 Windows 是Microsoft推出的WindowsCE3.0后繼產(chǎn)品，是一個(gè)緊湊、完整和可擴(kuò)展的嵌入式操作系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有完事的操作系統(tǒng)特性集包和端對(duì)端開發(fā)環(huán)境，是一個(gè)多線程、多任務(wù)、確定性的實(shí)時(shí)*搶先式優(yōu)先級(jí)的操作系統(tǒng)，特別適合于有限資源的硬件平臺(tái)。Windows支持超過1400條的通道Microsoft Win32 API和其它的編程接口，包括組件對(duì)象模型（COM），Microsoft基本類庫（MFC），Microsoft Activex控制，Microsoft活動(dòng)模板庫（ATL）等，其模塊化的設(shè)計(jì)方式使得系統(tǒng)開發(fā)人員和應(yīng)用開發(fā)人員能夠?yàn)槎喾N多樣的產(chǎn)品來定制它。

Platform Builder 4.2專門為開發(fā)基于Windows 操作系統(tǒng)的可定制平臺(tái)而設(shè)計(jì)的集成開發(fā)平臺(tái)，包括集成開發(fā)環(huán)境、平臺(tái)生成器、SDK導(dǎo)出器、調(diào)試器、遠(yuǎn)程實(shí)用工具和仿真器等。它能使用戶方便地設(shè)計(jì)和調(diào)試一個(gè)基于Windows 的平臺(tái)。

2.2 Windows 的一般開發(fā)流程

嵌入式Windows 的一般開發(fā)流程包括操作系統(tǒng)的定制，應(yīng)用程序的開發(fā)和產(chǎn)品生成等步驟，現(xiàn)分述如下。

（1）操作系統(tǒng)的定制

主要包括定制板級(jí)支持包BSP（包括Bootloader的編寫）、定制系統(tǒng)模塊、定制原始設(shè)備商適配層（OAL）及設(shè)備驅(qū)動(dòng)（driver）等步驟。完成操作系統(tǒng)的定制以后，可以通過Platform Builder 4.2編譯生成NK.bin或者NK.Nb0文件。至此，Window的內(nèi)核就定制完成了，然后就可以開發(fā)自己的應(yīng)用程序。

（2）應(yīng)用程序的開發(fā)

主要包括安裝SDK和聯(lián)機(jī)測(cè)試建立開發(fā)環(huán)境、開發(fā)中間模塊、開發(fā)應(yīng)用程序等步驟，zui后形成exe文件。

（3）產(chǎn)品的生成

產(chǎn)品可以通過兩種形式發(fā)布：應(yīng)用程序（AP）與操作系統(tǒng)（NK.bin）分開發(fā)布或者是應(yīng)用程序（AP）集成進(jìn)程系統(tǒng)（NK.bin）發(fā)布，然后下載到硬件平臺(tái)的Flash中脫機(jī)運(yùn)行。其流程可以用圖2表示。

3 基于WindRain硬件平臺(tái)的Windows 操作系統(tǒng)開發(fā)流程

3．1 開發(fā)基于WindRain板的BSP

BSP（Board Support Package）的開發(fā)主要包括Bootloader的開發(fā)、OAL（OEM Adaptive Layer）的開發(fā)、本地驅(qū)動(dòng)程序的開發(fā)及一冶文件配置等。

3．1．1 Bootloader的開發(fā)

Bootloader主要是管理目標(biāo)平臺(tái)的啟動(dòng)過程，包括初始化硬件設(shè)備，下載操作系統(tǒng)的映像文件等。有了Bootloader，用戶可以快速下載一個(gè)操作系統(tǒng)并映像到硬件平臺(tái)上運(yùn)行。Bootloader的開發(fā)是BSP開發(fā)的*步，也是關(guān)鍵的一步。只有得到一個(gè)穩(wěn)定工作的Loader程序，才能夠更進(jìn)一步開發(fā)WinCE的BSP，直到zui后整個(gè)系統(tǒng)的成功。

具體步驟如下所述。

運(yùn)行Platform Builder 4.2。選擇Platform-BSP Wizard，從In DBPXA240 DEV Platform，ARMV4I克隆一個(gè)新的BSP，命名為MyPxaPlat。完成后，從資源管理器可以查看到在%_winceroot%（筆者機(jī)器上為D：/wince420）路徑下面的Platform中新增了一個(gè)目錄MyPxaPlat。根據(jù)硬件平臺(tái)的特點(diǎn)，修改%_winceroot%下的源泉文件fsc1.s、main.c、Flash.c及Edeviceinit.c等，使其符合自己的硬件平臺(tái)。為了調(diào)試方便，通常在函數(shù)OEMPlatformInit中加入一些自定義命令的處理，這樣便可以通過串口接收命令完成一些相應(yīng)的功能。進(jìn)入DOS命令行提示符，分別cd_winceroot=D:,cd%_winceroot%，wince ARMV4IHLBASE MYPXAPLAT，完成命令行解釋器的設(shè)定，然后運(yùn)行sysgen，定位%_winceroot%,輸入命令build-c,romimage boot.bib，在%_winceroot%I路徑下可以看到Eboot.exe、Eboot.bin、Eboot.nb0等文件。通過JTAG向Flash中寫入Eboot.nb0文件，上電運(yùn)行，就可以從超級(jí)終端中看到一些啟動(dòng)和調(diào)試信息。

3．1．2 0AL的開發(fā)

OAL（OEM Adaptive Layer）即設(shè)備商適配層，是指位于Windows CE內(nèi)核和目標(biāo)硬件平臺(tái)之間的一個(gè)代碼層。開發(fā)OAL的目是是為了使Windows 內(nèi)核和目標(biāo)硬件之間實(shí)現(xiàn)通信，包括處理中斷、定時(shí)器等一些代碼。

圖2

    OAL的實(shí)現(xiàn)也是在fsc1.s、main.c、Flash.c、Edeviceinit.c等文件中，根據(jù)需要修改相應(yīng)代碼，并在此基礎(chǔ)上通過Build工具生成Buildexe目錄，內(nèi)核執(zhí)行鏡像Wernkitl.exe以及CEDDK.dll文件等。

3．1．3 驅(qū)動(dòng)程序的開發(fā)

Device Drivers（驅(qū)動(dòng)程序）是指能夠管理虛擬或者物理設(shè)備、協(xié)議、服務(wù)等的一段軟件模塊，操作系統(tǒng)通過驅(qū)動(dòng)程序和硬件直接打交道。

設(shè)備驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)的具體步驟是通過Platform Builder創(chuàng)建一個(gè)新的平臺(tái)，然后根據(jù)硬件平臺(tái)的需要插入和移除驅(qū)動(dòng)，需要修改的文件有Platform.bib、Platform.reg及驅(qū)動(dòng)程序源代碼等，下面以顯示驅(qū)動(dòng)為例說明具體的方法。

根據(jù)自己的硬件修改相關(guān)的源代碼。

在platform.bib中插入DLL。

ddi.dll $（_FLATRELEASEDIR）video.dll NK SH在platform.reg中檢查屏幕的Size和Bpp。

DisplayType"="LTM04C380K"

"CxScreen"=dwork:280

"CyScreen"=dword:1E0

"Bpp"=dword:10

定位目錄D：_LCD，通過build工具生在sa2voideo.dll文件。

調(diào)試驅(qū)動(dòng)文件。其它的設(shè)備驅(qū)動(dòng)都可以仿照上述思路進(jìn)行開發(fā)。

3．1．4 平臺(tái)文件的配置

平臺(tái)配置文件包括源代碼配置文件和操作系統(tǒng)鏡像配置文件。源代碼配置文件主要是告訴Build工具需要用到的路徑、C或Visual C++的源文件以及生成什么類型的二進(jìn)制文件等，包括Dirs文件、Sources文件和Makefile文件等。操作系統(tǒng)鏡像配置文件則主要用于給Makeimag工具生成操作系統(tǒng)鏡像，包括.bib、.reg、.dat、.db等文件。

由于BSP是通過克隆生成的，所以源代碼配置文件可以不做什么修改，只需根據(jù)需要，對(duì)鏡像配置文件做相應(yīng)的修改就行了。

3．2 在Platform Builder中配置內(nèi)核并編譯映像

具體步驟是打開Platform Builder,通過Manage Catalog Features調(diào)入上面生成的BSP（即.cec文件），運(yùn)行NewPlatform Wizard生成一個(gè)新的Project,通過Build菜單，編譯便可得到Windows 映像文件NK.nb0和NK.bin。

3．3 導(dǎo)出平臺(tái)SDK并編寫應(yīng)用程序

編譯完成后，通過project菜單中的Export Wizard導(dǎo)出一個(gè)平臺(tái)SDK，供在Embedded Visual C++或者Visual 中開發(fā)上層應(yīng)用軟件使用。

3．4 下載映像并脫機(jī)運(yùn)行

通過CE網(wǎng)卡下載Windows 的映像文件到Flash中，脫機(jī)按復(fù)位鍵，屏幕上顯示W(wǎng)indows 的啟動(dòng)畫面，說明Windows 已成功運(yùn)行。開發(fā)的上層應(yīng)用軟件則可以通過PC機(jī)上的ActiveSyn同步軟件下載到Flash中。

至此，基于Windows 的智能信息終端的開發(fā)就已完成。通過開發(fā)過程可以看出，Microsoft公司提供的Windows 操作系統(tǒng)及其開發(fā)工具，給我們提供了極大方便，大大縮短了產(chǎn)品研發(fā)的時(shí)間。

結(jié)語

本文介紹的基于Winodws 的智能移動(dòng)信息終端具有功能強(qiáng)、性能穩(wěn)定、功耗小等特點(diǎn)，適用于當(dāng)前的移動(dòng)信息產(chǎn)品，應(yīng)用前景較好。目前，本文所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)已成功的應(yīng)用于軍*移動(dòng)信息終端中。