一種基于BIOS的WINCE啟動(dòng)方法

Windows CE.NET是微軟公司向嵌入式領(lǐng)域推出的一款操作系統。它最大程度繼承了桌面版Windows操作系統的豐富功能，同時(shí)又賦予了許多新特性，以適應嵌入式領(lǐng)域的實(shí)際要求。無(wú)論是商業(yè)應用還是多媒體消費需求，都能被采用CE操作系統的設備輕松滿(mǎn)足。最新的.NET版本較之3.0版本，在實(shí)時(shí)性和穩定性上有大幅度提高，并廣泛地被平板電腦、數碼相機、彩屏手機、PDA等多種高性能產(chǎn)品所采用，同時(shí)工業(yè)控制中的用戶(hù)也在不斷增多。

1 WINCE啟動(dòng)方法

WINCE并不是一個(gè)通用的安裝版操作系統，在各種嵌入式硬件設備中，一款CE系統通常只會(huì )針對某一種硬件平臺生成。Boot Loader是定制Windows CE操作系統過(guò)程中一個(gè)重要的開(kāi)發(fā)環(huán)節。在整個(gè)系統正常啟動(dòng)后，Boot Loader通過(guò)不同的方式加載CE的內核文件nk.bin。當Boot Loader把nk.bin解壓到RAM后就把CPU控制權交給CE內核。在X86平臺下，有三種Boot Loader:x86 ROM Boot Loader，x86 BIOS Boot Loader和MSDOS+Loadcepc。其中，x86 ROM Boot Loader因為要代替BIOS完成平臺的初始化工作，需要CE開(kāi)發(fā)者讀懂它的源碼并根據不同的平臺修改，難度比較大。對于MSDOS+Loadcepc，首先啟動(dòng)到MSDOS，再執行loadcepc.exe，讓loadcepc加載nk.bin到內存，再把CPU控制權交給CE內核程序。這種方法需要DOS系統的支持。

1.1 BIOS Boot Loader啟動(dòng)過(guò)程

　　這里著(zhù)重介紹BIOS Boot Loader。它的引導順序是:系統上電后BIOS執行完硬件初始化和配置，然后檢查引導設備的啟動(dòng)順序。如果引導設備是硬盤(pán)、CF卡、DOC(Disk-On-Chip)一類(lèi)的存儲設備，則就加載這些存儲器上的主引導扇區(Master Boot Sector)中的實(shí)模式代碼到內存，并執行這些代碼。這里提到的代碼被稱(chēng)為主引導記錄(MBR)。MBR首先在分區表(同樣位于主引導扇區)中尋找活動(dòng)分區，如果存在活動(dòng)分區，則加載位于這個(gè)活動(dòng)分區的第一個(gè)扇區上的代碼到內存，然后執行這些代碼。這里提到的活動(dòng)分區的第一個(gè)扇區被稱(chēng)為引導扇區(Boot Sector)。引導扇區上的代碼的功能是找到并且加載BIOS Boot Loader，BIOS Boot Loader再加載nk.bin。使用BIOS Boot Loader方式，需要制作啟動(dòng)盤(pán)，Bsect.img和BLDR.BIN分別為引導扇區文件和WINCE的加載文件。執行“mkdisk C:”批處理命令將這兩個(gè)文件寫(xiě)到磁盤(pán)上。mkdisk會(huì )設置Boot Loader的隱藏屬性，這樣在列出根目錄下所有文件時(shí)不會(huì )顯示Boot Loader的文件。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是不需要DOS系統就可以直接啟動(dòng)系統，這是一種常用的啟動(dòng)WINCE的方法;缺點(diǎn)是需要通過(guò)專(zhuān)門(mén)的工具制作啟動(dòng)盤(pán)，操作相對復雜，如果要更換不同的存儲設備，則都要進(jìn)行這一系列的操作才能完成。具體引導過(guò)程如圖1所示。

1.2 BIOS Boot Loader啟動(dòng)代碼分析

　　通過(guò)上面的分析，BIOS Boot Loader的工作的過(guò)程已經(jīng)清楚，下面分析啟動(dòng)過(guò)程中需要的文件。

　　首先分析引導扇區(BootSector)文件Bsect.img。其主要包括一個(gè)引導程序和一個(gè)稱(chēng)作BPB(Bios Parameter Block)的本分區參數記錄表。BPB表記錄著(zhù)本分區的起始扇區、結束扇區、文件存儲格式、硬盤(pán)介質(zhì)描述符、根目錄大小、FAT個(gè)數、分配單元的大小等重要參數。引導程序是Bsect.img的關(guān)鍵部分，通過(guò)“mkdisk C:”替換原有引導扇區的主要目的是改變引導程序。

　　下面是Bsect.img的BPB和引導程序的部分代碼，包括參數的傳遞以及控制權移交給BLDR，這也是加載NK.BIN的最后一步。

…

;BIOS parameter block(BPB)

VerId db ′ ′ ;7C03

BytePerSect dw 0000 ;7C0B

SectPerClust db 00 ;7C0D

RsvdSects dw 0000 ;7C0E

NumFATs db 00 ;7C10

NumRootEntrys dw 0000 ;7C11

SectPerPart dw 0000 ;7C13

MediaDesc db 00 ;7C15

SectPerFAT dw 0000 ;7C16

SectPerTrack dw 0000 ;7C18

NumHeads dw 0000 ;7C1A

NumHiddenSectL dw 0000 ;7C1C

NumHiddenSectH dw 0000 ;7C1E

TotalSectorsL dw 0000 ;7C20

TotalSectorsH dw 0000 ;7C22

DriveId db 00 ;7C24

TempVal db 00 ;7C25

ExtRecordSig db 00 ;7C26

VolSerNumL dw 0000 ;7C27

VolSerNumH dw 0000 ;7C29

VolLabel db ′ ′ ;7C2B

TypeFAT db ′ ′ ;7C36

…

從磁盤(pán)中查找BLDR.BIN文件并裝入內存

…

;Put the media type， drive number， and data start LBA into registers that are passed to the bootloader.

MOV CH，[MediaDesc]

MOV DL，[DriveId]

MOV BX，WORD PTR [_7C3E+0BH] ;根據BPB表計算得出

MOV AX，WORD PTR [_7C3E+0DH] ;根據BPB表計算得出

;jump to bootloader image

DB 00EAH

DW LOAD_ADDRESS ;BLDR.BIN 在內存中的地址0000:1000

DW 0000H

2 WINCE啟動(dòng)新方法

　　本文中介紹的方法是在BIOS Boot Loader基礎上改進(jìn)而來(lái)，通過(guò)修改BIOS，為使用X86平臺的WINCE用戶(hù)提供方便。此方法不需要使用“mkdisk”制作啟動(dòng)盤(pán)，只需要把磁盤(pán)(如硬盤(pán)、CF卡等)格式化為FAT16，把NK.BIN文件存放到磁盤(pán)活動(dòng)分區的根目錄即可。

2.1 實(shí)現步驟

　　下面介紹這種方法的實(shí)現。BIOS的修改主要包括以下三個(gè)部分:

　　(1)把WINCE的加載程序BLDR.BIN存放到BIOS中。首先分配一個(gè)ID號，然后作為一個(gè)模塊添加到BIOS中，由于存放BIOS的Flash空間有限，所以需要對其進(jìn)行壓縮。在BIOS編譯完成以后，通過(guò)BIOS工具可以看到這一模塊，并且和其他模塊一樣可以更新，也就是說(shuō)可以升級BLDR.BIN。

　　(2)在BIOS啟動(dòng)選項里增加WINCE啟動(dòng)項。啟動(dòng)過(guò)程中判斷用戶(hù)的設置，如果從WINCE啟動(dòng)，則把BLDR模塊解壓后存放到某個(gè)內存空間中等待調用。

　　(3)修改BIOS INT19調用的過(guò)程。在INT19的服務(wù)程序中，當BIOS把磁盤(pán)的MBR讀入到內存0000:7C00之后取得控制權，把前面解壓后的BLDR轉移到內存0000:1000，通過(guò)讀取MBR的分區表信息(位置如圖2所示)查找當前磁盤(pán)活動(dòng)分區。第一個(gè)字節為80H的是活動(dòng)分區，然后讀取活動(dòng)分區引導扇區的BPB表，參照Bsect.img中的方法把BLDR所需的四個(gè)參數準備好，最后移交控制權到BLDR。

2.2 啟動(dòng)過(guò)程及結果

　　經(jīng)過(guò)這樣修改以后，WINCE的啟動(dòng)過(guò)程如圖3所示。由此可以看出，啟動(dòng)過(guò)程主要在BIOS中完成。經(jīng)過(guò)不同的平臺測試可知，這種方法與原有BIOS Boot Loader的啟動(dòng)速度差不多。表1是兩種方法啟動(dòng)速度的對比，記錄時(shí)間為系統上電到BLDR開(kāi)始加載NK.BIN。

3 實(shí)際應用

　　目前研祥的多款主板的BIOS都支持此種功能，在BIOS的設置中有一個(gè)選項來(lái)選擇是否從WINCE啟動(dòng)。在使用其他系統時(shí)選擇“disable”，便可以從其他系統正常啟動(dòng);使用WINCE時(shí)選擇“enable”，便從WINCE啟動(dòng)。把編譯好的nk.bin文件拷貝到磁盤(pán)的活動(dòng)分區根目錄，系統上電后可以直接啟動(dòng)到WINCE，不需要制作專(zhuān)用的啟動(dòng)盤(pán)，為用戶(hù)使用WINCE系統帶來(lái)了方便。此種啟動(dòng)方法同樣適合于其他的嵌入式操作系統，如Linux等。