嵌入式系統設計和Windows CE

正是CE和其它全功能的嵌入式系統的時(shí)候了。利用相應較高級別的集成、較低的成本來(lái)減少任務(wù)，以及增加的性能都使得全新的應用成為可能。
在PDA上運行的WindowsCE已經(jīng)被推出近兩年了，而且與一些大的電子製造商，像Matsushita（Panasonic）和Hitachi等聯(lián)合，它也已被選為一些機頂裝置設計和其它消費電器的操作系統。盡管這些消費類(lèi)的應用是WindowsCE的最可見(jiàn)的應用，但Microsoft及其伙伴正忙于開(kāi)發(fā)上百種其它應用，用于廣泛的傳統或非消費類(lèi)的嵌入式系統。嵌入式設計為CE贏(yíng)得了工業(yè)控制、數據收集、銷(xiāo)售點(diǎn)、堅固的手持式產(chǎn)品、以及網(wǎng)絡(luò )裝置等行業(yè)。隨著(zhù)製造商在未來(lái)三到九個(gè)月中將這些產(chǎn)品投放市場(chǎng)，CE方案的廣泛範圍將明顯增加。
什麼是WindowsCE
WindowsCE是Windows操作系統家族的最新成員。但它并不是WindowsNT或Windows9x的一部份或縮減版本。WindowsCE擁有它自己的系統結構，具備獨立開(kāi)發(fā)的內核和獨一無(wú)二的設備驅動(dòng)程序模型。CE不同于它的臺式兄弟，它最初就是為佔用較少內存的應用程序、即用操作、微處理器可移植性以及電源守恆而設計的。在應用程序開(kāi)發(fā)和功能特性方面，CE還享有WindowsNT和Windows9x的關(guān)鍵部分。
WindowsCE支持一個(gè)用于臺式操作系統的具有600多個(gè)Win32應用程序界面(ApplicationProgramInterface,API)的子集，包括內置聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，并提供相同的部件技術(shù)（包括COM/OLE和動(dòng)態(tài)鏈接庫）。此外，CE支持相同的臺式開(kāi)發(fā)工具VisualC ，VisualBasic和VisualJava并支持Microsoft擴展C ，包括結構化異常處理。

為何使用WindowsCE？
正是CE和其它全功能的嵌入式系統的時(shí)候了。利用相應較高級別的集成、較低的成本來(lái)減少任務(wù)，以及增加的性能都使得全新的應用成為可能，也使現有應用中增加的互連性和更豐富的功能特性更加靈活。嵌入式系統的複雜性和差異性正逐漸從硬件轉移到軟件上。如果基于合適的軟件平臺，這些面向軟件的系統就會(huì )提供更大的靈活性以適應市場(chǎng)需求，使各種生產(chǎn)線(xiàn)趨于通用，并減少投放市場(chǎng)的時(shí)間。CE比其競爭者在更大程度上著(zhù)重于軟件和軟件開(kāi)發(fā)者。

WindowsCE為嵌入式系統開(kāi)發(fā)者提供下列顯著(zhù)優(yōu)勢：
1.Win32API。WindowsCE與WindowsNT和Windows9x使用相同的基本API。這些是由全球兩百多萬(wàn)的軟件開(kāi)發(fā)者使用的相同API。API的普遍傳播使得開(kāi)發(fā)隊伍能夠平衡開(kāi)發(fā)者的技能，以減少重復訓練的時(shí)間并增加對現有開(kāi)發(fā)者的接近機會(huì )。對于嵌入式系統的軟件部份增加需求分析意味著(zhù)軟件開(kāi)發(fā)者部分是降低開(kāi)發(fā)成本和加快投放市場(chǎng)時(shí)間的關(guān)鍵。
2.開(kāi)發(fā)工具。用于Win發(fā)工具和技術(shù)與用于WindowsNT和Windows9x的相同。用于CE的現有工具包括VisualC ，VisualBasic和VisualJava；這些都是運行于WindowsNT系統上的，大多數軟件開(kāi)發(fā)者一般都可得到它們。這又一次說(shuō)明，開(kāi)發(fā)者的生產(chǎn)能力是直接由工具、技術(shù)和開(kāi)發(fā)系統的通用性而增長(cháng)的。
3.軟件集成。WindowsCE是一種集成的操作系統，它包括圖形、窗口管理和聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，以及基本的操作系統支持，例如定時(shí)器、中斷處理和同步原語(yǔ)。Microsoft已經(jīng)將這些部件集成在一起，并已測試了這個(gè)集成軟件系統。利用WindowsCE，嵌入式系統開(kāi)發(fā)者不必從多家供應商處尋找這些部件，然后將它們集成在一起并測試整個(gè)系統。
4.處理器支持。盡管WindowsCE是一個(gè)年輕的操作系統，但它已支持廣泛的微處理器體系結構，包括CISC和RISC。目前，WindowsCE支持Hitachi的SH、MIPS、PowerPC、ARM和x86體系結構　　通常每種結構系列都有多個(gè)變種。CE嵌入式設計者擁有廣泛的微處理器可供挑選，這使你在優(yōu)化系統的性能、電源消耗、組件大小、成本以及集成外設方面能夠做出最佳選擇。開(kāi)發(fā)工具和操作系統部件在所有體系結構上表現一致，因此，這就為你在系統之間平衡軟件提供了靈活性，即使在基礎的微處理器不相同時(shí)也是如此。
5.第三方支持。將焦點(diǎn)放在軟件上就鼓勵了第三方獨立軟件供應商（ISV,independentsoftwarevendor）去開(kāi)發(fā)和銷(xiāo)售能在各種設計之間平衡的軟件。Microsoft通過(guò)它的市場(chǎng)佔有、現有的ISV關(guān)系和銷(xiāo)售努力，已使ISV在CE平臺方面產(chǎn)生了巨大的興趣。ISV軟件已日益增多，有開(kāi)發(fā)工具、設備驅動(dòng)程序、應用程序和組件。這又一次說(shuō)明了嵌入式設計者擁有平衡現有工作、減少項目風(fēng)險、開(kāi)發(fā)成本和投放市場(chǎng)時(shí)間的機會(huì )。
WindowsCE是以軟件為中心的嵌入式開(kāi)發(fā)模型。這種以軟件為首的模型產(chǎn)生了大量的部件和應用程序，開(kāi)發(fā)者就有時(shí)間來(lái)增加每種開(kāi)發(fā)項目的作用。Microsoft支持其現有的開(kāi)發(fā)者、工具和技術(shù)基礎的能力意味著(zhù)WindowsCE將繼續享有其競爭者沒(méi)有的顯著(zhù)優(yōu)勢。

供CE用的嵌入式工具箱
EmbeddedToolkit（ETK，嵌入式工具箱）是用于嵌入式WindowsCE開(kāi)發(fā)的軟件開(kāi)發(fā)箱，它支持系統級和應用程序的開(kāi)發(fā)。ETK由VisualC （VC ）開(kāi)發(fā)環(huán)境、編程工具、以及二進(jìn)制形式的WindowsCE操作系統部件組成。該工具箱包括交叉編譯器、匯編程序、以及遠程調試程序，這些調試程序用于集成到VC IDE（IntegratedDevelopmentEnvironment，集成開(kāi)發(fā)環(huán)境）的所有受支持的微處理器。
為某個(gè)特定的微處理器結構進(jìn)行目標編譯和調試僅僅是在VC 菜單上改變某個(gè)設置。在一臺通過(guò)串行、并行或網(wǎng)絡(luò )連接與一臺單獨的WindowsCE目標設備相連的WindowsNT主機系統上完成開(kāi)發(fā)。在主機上編寫(xiě)并編譯代碼，然后通過(guò)互連將代碼下載到目標上。調試是遠程進(jìn)行的，也是通過(guò)互連。
用于嵌入式設計的CE操作系統是從Microsoft所提供的部件和設計者所開(kāi)發(fā)的部件中建立起來(lái)的?；静考詭斓男问交騽?dòng)態(tài)鏈接庫（DLL，dynamiclinklibrary）的形式提供。在某些情況下，通過(guò)鏈接系統指定的部件（設備驅動(dòng)程序和系統函數）到基本庫部件來(lái)形成可執行的圖象和DLL。在一個(gè)索引文件中選擇將包含在最終操作系統建立中的程序部件，然后執行一個(gè)編譯圖象程序來(lái)創(chuàng )建WindowsCEROM圖象。該程序執行許多函數，這些函數就象典型的臺式裝載函數，例如圖象重定位和DLL的匯集。最終的ROM圖象適合于XIP（executeinplace,現場(chǎng)執行）或RAM執行。
ETK還包括一個(gè)用于應用程序開(kāi)發(fā)的擴展仿真環(huán)境。仿真器在臺式電腦上執行WindowsCE的虛擬版本，允許在缺乏WindowsCE目標設備的情況下在本地運行編譯－調試循環(huán)。

仿真環(huán)境通過(guò)減少程序下載時(shí)間和遠程調試來(lái)加速開(kāi)發(fā)周期。而且，仿真程序還可用于在獲得工作原型硬件之前開(kāi)發(fā)應用程序軟件，減少開(kāi)發(fā)過(guò)程的順序化。BSquare估計對于典型的應用程序來(lái)說(shuō)，90 的開(kāi)發(fā)都可在仿真環(huán)境中完成。剩下的10 （調試和測試）在實(shí)際的目標硬件上完成。

開(kāi)發(fā)周期
以下是成功開(kāi)發(fā)一個(gè)WindowsCE嵌入式系統的理想化過(guò)程的步驟（忽略了定義和銷(xiāo)售產(chǎn)品的主要步驟）：
設計WindowsCE硬件系統；
將WindowsCE移植到目標硬件；
創(chuàng )建用戶(hù)界面；
編寫(xiě)軟件應用程序層。
OEM也需要與Microsoft或像BSquare這類(lèi)Microsoft認可的銷(xiāo)售商協(xié)作，以獲得WindowsCE許可。
硬件設計方面的大部份是由產(chǎn)品需求決定的。但是CE的某些要求和考慮將影響到硬件系統的設計。例如，設計者在所需求的WindowsCE版本中選擇一種由Microsoft支持的微處理器就很重要。設計者必須考慮一些用于CE的要求，包括一個(gè)間隔定時(shí)器和計年時(shí)鐘。
對于XIPROM、RAM和非易失存儲器的內存要求是針對應用程序的，很大程度上取決于所要求的操作系統部件和軟件應用程序。設計者需要考慮存儲器持久性或非易失存儲器的要求，因為CE不是磁碟操作系統；相反，它將數據存儲在可能位于RAM或非易失存儲器的目標存儲區內。對于擁有直接用戶(hù)界面的設備而言，設計者可以選擇觸摸屏的指示筆或手指輸入，或選擇鼠標輸入。（CE支持兩者。）此外，CE允許你選擇LCD或顯示器顯示。

移植WindowsCE
將WindowsCE移植到硬件上包括如下步驟：
編寫(xiě)引導程序
編寫(xiě)OEM適配層（OEMAdaptionLayer,OAL）
編寫(xiě)設備驅動(dòng)程序。

1.引導程序。引導程序是在系統上電時(shí)（或在重新啟動(dòng)之后）執行的一段代碼。引導程序負責初始化硬件系統，裝載WindowsCE，然后啟動(dòng)執行。它可以是一個(gè)中等復雜程度的軟件，這取決于所要求的系統配置和所包含的調試支持的數量。引導程序將建立初始的微處理器配置，配置任何系統板ASIC，可能定義高速緩存和存儲器（例如DRAM定時(shí)器）的尺寸并配置它們，以及執行總線(xiàn)配置（例如PCI總線(xiàn)配置）。引導程序的很多功能類(lèi)似于臺式PC上的BIOS的初始化功能。
2.OAL.OAL是系統和微處理器專(zhuān)用的代碼中的一小部份，它抽象化系統級的硬件功能（例如中斷處理，高速緩存控制，硬件定時(shí)器和內核時(shí)鐘）。
3.設備驅動(dòng)程序。設備驅動(dòng)程序提供外設和操作系統之間的抽象概念。WindowsCE驅動(dòng)程序能夠支持廣泛的設備，包括輸入設備、顯示設備、聲音發(fā)生器、網(wǎng)絡(luò )接口、以及通信設備。開(kāi)發(fā)驅動(dòng)程序所要求的工作範圍取決于設備本身的復雜性、是否使用現成的驅動(dòng)程序、以及所需求的驅動(dòng)程序數量。若想為該平臺創(chuàng )建一組已完全調試的設備驅動(dòng)程序則需要一定量的有效工作。
設計者有多種選擇以縮短WindowsCE端口的開(kāi)發(fā)周期。第三方的ISV提供源代碼工具，為特定的微處理器設計供應引導程序、OAL和設備驅動(dòng)程序。BSquare目前為AMDElanSC400、CyrixMediaGX系列、StrongARM1100、MotorolaPPC821系列、AMD-K6、NEC4300和HitachiSH7709提供工具。衹要處理器被推出而且市場(chǎng)成熟，就會(huì )開(kāi)發(fā)額外的工具。

用戶(hù)界面、桌面或外圍是CE嵌入式設計的關(guān)鍵決策。桌面是調出和控制應用程序的框架，可用的控制是定義系統個(gè)性的重要決策。設計者可選擇獨立開(kāi)發(fā)外圍，引導至某個(gè)單一用戶(hù)可視的應用程序，或購買(mǎi)某種界面建立程序來(lái)加速開(kāi)發(fā)。用戶(hù)界面的形式和要求在很大程度上取決于應用程序。目前，唯一現成的界面建立程序是BSquare的CEEmbeddedDesktop。
WindowsCE系統是由運行于其操作系統之上的應用程序定義的。目標是讓設計者利用包含在產(chǎn)品中的軟件應用程序的結合將他們的時(shí)間花在定義和區分他們的產(chǎn)品上。這些程序中有些可從ISV處購買(mǎi)，有些則需利用WindowsCEETK來(lái)開(kāi)發(fā)和移植。

了解更多

你可以找到WindowsCE的培訓課程。有些課程針對于WindowsCE的應用程序級的開(kāi)發(fā)，而有些則針對于移植CE的系統級開(kāi)發(fā)。此外，還有一些資料豐富的Web網(wǎng)址；WindowsCE網(wǎng)址http://www.microsoft.com/windowsce/embedded/default.asp提供了一些有關(guān)設計和系統屬性的技術(shù)性文章，以及一個(gè)很好的FAQ（常見(jiàn)問(wèn)題回答）。BSquare網(wǎng)址（www.bsquare.com）也提供了有關(guān)WindowsCE設計的詳細的技術(shù)文章，以及技術(shù)產(chǎn)品和服務(wù)信息。
最后，已在WindowsCE方面受過(guò)訓練的系統集成人員也是減少學(xué)習時(shí)間的寶貴資源。你可以向這類(lèi)專(zhuān)家咨詢(xún)最初的項目，這樣可以節省很多時(shí)間。已經(jīng)做了大量的研究工作，工程師和設計者們可以立即把這一點(diǎn)作為大幅度減少投放市場(chǎng)時(shí)間的手段。