ARM介绍

ARM介绍 (2008-07-04 20:47:15)

 

 

1.1 ARM－Advanced RISC Machines 　　ARM（Advanced RISC Machines），既可以认为是一个公司的名字，也可以认为是对一类微处理器的通称，还可以认为是一种技术的名字。 　　1991年ARM公司成立于英国剑桥，主要出售芯片设计技术的授权。目前，采用ARM技术知识产权（IP）核的微处理器，即我们通常所说的ARM微处理器，已遍及工业控制、消费类电子产品、通信系统、网络系统、无线系统等各类产品市场，基于ARM技术的微处理器应用约占据了32位RISC微处理器75％以上的市场份额，ARM技术正在逐步渗入到我们生活的各个方面。 　　ARM公司是专门从事基于RISC技术芯片设计开发的公司，作为知识产权供应商，本身不直接从事芯片生产，靠转让设计许可由合作公司生产各具特色的芯片，世界各大半导体生产商从ARM公司购买其设计的ARM微处理器核，根据各自不同的应用领域，加入适当的外围电路，从而形成自己的ARM微处理器芯片进入市场。目前，全世界有几十家大的半导体公司都使用ARM公司的授权，因此既使得ARM技术获得更多的第三方工具、制造、软件的支持，又使整个系统成本降低，使产品更容易进入市场被消费者所接受，更具有竞争力。 1.2 ARM微处理器的应用领域及特点 　　1.2.1 ARM微处理器的应用领域 　　到目前为止，ARM微处理器及技术的应用几乎已经深入到各个领域： 　　 1、工业控制领域：作为32的RISC架构，基于ARM核的微控制器芯片不但占据了高端微控制器市场的大部分市场份额，同时也逐渐向低端微控制器应用领域扩展，ARM微控制器的低功耗、高性价比，向传统的8位/16位微控制器提出了挑战。 　　2、无线通讯领域：目前已有超过85%的无线通讯设备采用了ARM技术， ARM以其高性能和低成本，在该领域的地位日益巩固。 　　3、网络应用：随着宽带技术的推广，采用ARM技术的ADSL芯片正逐步获得竞争优势。此外，ARM在语音及视频处理上行了优化，并获得广泛支持，也对DSP的应用领域提出了挑战。 　　4、消费类电子产品：ARM技术在目前流行的数字音频播放器、数字机顶盒和游戏机中得到广泛采用。 　　5、成像和安全产品：现在流行的数码相机和打印机中绝大部分采用ARM技术。手机中的32位SIM智能卡也采用了ARM技术。 　　除此以外，ARM微处理器及技术还应用到许多不同的领域，并会在将来取得更加广泛的应用。 　　1.2.2 ARM微处理器的特点 　　采用RISC架构的ARM微处理器一般具有如下特点： 　　1、体积小、低功耗、低成本、高性能； 　　2、支持Thumb（16位）/ARM（32位）双指令集，能很好的兼容8位/16位器件； 　　3、大量使用寄存器，指令执行速度更快； 　　4、大多数数据操作都在寄存器中完成； 　　5、寻址方式灵活简单，执行效率高； 　　6、指令长度固定； 1.3 ARM微处理器系列 　　ARM微处理器目前包括下面几个系列，以及其它厂商基于ARM体系结构的处理器，除了具有ARM体系结构的共同特点以外，每一个系列的ARM微处理器都有各自的特点和应用领域。 　　－ ARM7系列 　　－ ARM9系列 　　－ ARM9E系列 　　－ ARM10E系列 　　－ SecurCore系列 　　－ Inter的Xscale 　　－ Inter的StrongARM 　　其中，ARM7、ARM9、ARM9E和ARM10为4个通用处理器系列，每一个系列提供一套相对独特的性能来满足不同应用领域的需求。SecurCore系列专门为安全要求较高的应用而设计。 　　以下我们来详细了解一下各种处理器的特点及应用领域。 　　1.3.1 ARM7微处理器系列 　　ARM7系列微处理器为低功耗的32位RISC处理器，最适合用于对价位和功耗要求较高的消费类应用。ARM7微处理器系列具有如下特点： 　　－具有嵌入式ICE－RT逻辑，调试开发方便。 　　－极低的功耗，适合对功耗要求较高的应用，如便携式产品。 　　－ 能够提供0.9MIPS/MHz的三级流水线结构。 　　 － 代码密度高并兼容16位的Thumb指令集。 　　 － 对操作系统的支持广泛，包括Windows CE、Linux、Palm OS等。 　　－指令系统与ARM9系列、ARM9E系列和ARM10E系列兼容，便于用户的产品升级换代。 　　 －主频最高可达130MIPS，高速的运算处理能力能胜任绝大多数的复杂应用。 　　ARM7系列微处理器的主要应用领域为：工业控制、Internet设备、网络和调制解调器设备、移动电话等多种多媒体和嵌入式应用。 　　ARM7系列微处理器包括如下几种类型的核：ARM7TDMI、ARM7TDMI-S、 　　ARM720T、ARM7EJ。其中，ARM7TMDI是目前使用最广泛的32位嵌入式RISC处理器，属低端ARM处理器核。TDMI的基本含义为： 　　T： 支持16为压缩指令集Thumb； 　　D： 支持片上Debug； 　　M：内嵌硬件乘法器（Multiplier） 　　I： 嵌入式ICE，支持片上断点和调试点； 　　 　　1.3.2 ARM9微处理器系列 　　ARM9系列微处理器在高性能和低功耗特性方面提供最佳的性能。具有以下特点： 　　－ 5级整数流水线，指令执行效率更高。 　　－ 提供1.1MIPS/MHz的哈佛结构。 　　－ 支持32位ARM指令集和16位Thumb指令集。 　　－ 支持32位的高速AMBA总线接口。 　　－ 全性能的MMU，支持Windows CE、Linux、Palm OS等多种主流嵌入式操作系统。 　　－ MPU支持实时操作系统。 　　－支持数据Cache和指令Cache，具有更高的指令和数据处理能力。 　　ARM9系列微处理器主要应用于无线设备、仪器仪表、安全系统、机顶盒、高端打印机、数字照相机和数字摄像机等。 　　ARM9系列微处理器包含ARM920T、ARM922T和ARM940T三种类型，以适用于不同的应用场合。 　　1.3.3 ARM9E微处理器系列 　　ARM9E系列微处理器为可综合处理器，使用单一的处理器内核提供了微控制器、DSP、Java应用系统的解决方案，极大的减少了芯片的面积和系统的复杂程度。ARM9E系列微处理器提供了增强的DSP处理能力，很适合于那些需要同时使用DSP和微控制器的应用场合。 　　ARM9E系列微处理器的主要特点如下： 　　－支持DSP指令集，适合于需要高速数字信号处理的场合。 　　－ 5级整数流水线，指令执行效率更高。 　　－ 支持32位ARM指令集和16位Thumb指令集。 　　－ 支持32位的高速AMBA总线接口。 　　－ 支持VFP9浮点处理协处理器。 　　－ 全性能的MMU，支持Windows CE、Linux、Palm OS等多种主流嵌入式操作系统。 　　－ MPU支持实时操作系统。 　　－支持数据Cache和指令Cache，具有更高的指令和数据处理能力。 　　－ 主频最高可达300MIPS。 　　ARM9系列微处理器主要应用于下一代无线设备、数字消费品、成像设备、工业控制、存储设备和网络设备等领域。 　　ARM9E系列微处理器包含ARM926EJ-S、ARM946E-S和ARM966E-S三种类型，以适用于不同的应用场合。 　　1.3.4 ARM10E微处理器系列 　　ARM10E系列微处理器具有高性能、低功耗的特点，由于采用了新的体系结构，与同等的ARM9器件相比较，在同样的时钟频率下，性能提高了近50％，同时，ARM10E系列微处理器采用了两种先进的节能方式，使其功耗极低。 　　ARM10E系列微处理器的主要特点如下： 　　－支持DSP指令集，适合于需要高速数字信号处理的场合。 　　－ 6级整数流水线，指令执行效率更高。 　　－ 支持32位ARM指令集和16位Thumb指令集。 　　－ 支持32位的高速AMBA总线接口。 　　－ 支持VFP10浮点处理协处理器。 　　－ 全性能的MMU，支持Windows CE、Linux、Palm OS等多种主流嵌入式操作系统。 　　－支持数据Cache和指令Cache，具有更高的指令和数据处理能力 　　－ 主频最高可达400MIPS。 　　－ 内嵌并行读/写操作部件。 　　ARM10E系列微处理器主要应用于下一代无线设备、数字消费品、成像设备、工业控制、通信和信息系统等领域。 　　ARM10E系列微处理器包含ARM1020E、ARM1022E和ARM1026EJ-S三种类型，以适用于不同的应用场合。 　　1.3.5 SecurCore微处理器系列 　　SecurCore系列微处理器专为安全需要而设计，提供了完善的32位RISC技术的安全解决方案，因此，SecurCore系列微处理器除了具有ARM体系结构的低功耗、高性能的特点外，还具有其独特的优势，即提供了对安全解决方案的支持。 　　SecurCore系列微处理器除了具有ARM体系结构各种主要特点外，还在系统安全方面具有如下的特点： 　　－带有灵活的保护单元，以确保操作系统和应用数据的安全。 　　－采用软内核技术，防止外部对其进行扫描探测。 　　－可集成用户自己的安全特性和其他协处理器。 　　SecurCore系列微处理器主要应用于一些对安全性要求较高的应用产品及应用系统，如电子商务、电子政务、电子银行业务、网络和认证系统等领域。 　　SecurCore系列微处理器包含SecurCore SC100、SecurCore SC110、SecurCore SC200和SecurCore SC210四种类型，以适用于不同的应用场合。 　　1.3.6 StrongARM微处理器系列 　　Inter StrongARM SA-1100处理器是采用ARM体系结构高度集成的32位RISC微处理器。它融合了Inter公司的设计和处理技术以及ARM体系结构的电源效率，采用在软件上兼容ARMv4体系结构、同时采用具有Intel技术优点的体系结构。 　　Intel StrongARM处理器是便携式通讯产品和消费类电子产品的理想选择，已成功应用于多家公司的掌上电脑系列产品。 　　1.3.7 Xscale处理器 　　Xscale 处理器是基于ARMv5TE体系结构的解决方案，是一款全性能、高性价比、低功耗的处理器。它支持16位的Thumb指令和DSP指令集，已使用在数字移动电话、个人数字助理和网络产品等场合。 　　Xscale 处理器是Inter目前主要推广的一款ARM微处理器。 1.4 ARM微处理器结构 　　1.4.1 RISC体系结构 　　传统的CISC（Complex Instruction Set Computer，复杂指令集计算机）结构有其固有的缺点，即随着计算机技术的发展而不断引入新的复杂的指令集，为支持这些新增的指令，计算机的体系结构会越来越复杂，然而，在CISC指令集的各种指令中，其使用频率却相差悬殊，大约有20％的指令会被反复使用，占整个程序代码的80％。而余下的80％的指令却不经常使用，在程序设计中只占20％，显然，这种结构是不太合理的。 　　基于以上的不合理性，1979年美国加州大学伯克利分校提出了RISC（Reduced Instruction Set Computer，精简指令集计算机）的概念，RISC并非只是简单地去减少指令，而是把着眼点放在了如何使计算机的结构更加简单合理地提高运算速度上。RISC结构优先选取使用频最高的简单指令，避免复杂指令；将指令长度固定，指令格式和寻地方式种类减少；以控制逻辑为主，不用或少用微码控制等措施来达到上述目的。 　　到目前为止，RISC体系结构也还没有严格的定义，一般认为，RISC体系结构应具有如下特点： 　　－采用固定长度的指令格式，指令归整、简单、基本寻址方式有2～3种。 　　－使用单周期指令，便于流水线操作执行。 　　－大量使用寄存器，数据处理指令只对寄存器进行操作，只有加载/ 存储指令可以访问存储器，以提高指令的执行效率。 　　除此以外，ARM体系结构还采用了一些特别的技术，在保证高性能的前提下尽量缩小芯片的面积，并降低功耗： 　　－所有的指令都可根据前面的执行结果决定是否被执行，从而提高指令的执行效率。 　　－可用加载/存储指令批量传输数据，以提高数据的传输效率。 　　－可在一条数据处理指令中同时完成逻辑处理和移位处理。 　　－在循环处理中使用地址的自动增减来提高运行效率。 　　当然，和CISC架构相比较，尽管RISC架构有上述的优点，但决不能认为RISC架构就可以取代CISC架构，事实上，RISC和CISC各有优势，而且界限并不那么明显。现代的CPU往往采用CISC的外围，内部加入了RISC的特性，如超长指令集CPU就是融合了RISC和CISC的优势，成为未来的CPU发展方向之一。 　　1.4.2 ARM微处理器的寄存器结构 　　ARM处理器共有37个寄存器，被分为若干个组（BANK），这些寄存器包括： 　　－ 31个通用寄存器，包括程序计数器（PC指针），均为32位的寄存器。 　　－ 6个状态寄存器，用以标识CPU的工作状态及程序的运行状态，均为32位，目前只使用了其中的一部分。 　　同时，ARM处理器又有7种不同的处理器模式，在每一种处理器模式下均有一组相应的寄存器与之对应。即在任意一种处理器模式下，可访问的寄存器包括15个通用寄存器（R0～R14）、一至二个状态寄存器和程序计数器。在所有的寄存器中，有些是在7种处理器模式下共用的同一个物理寄存器，而有些寄存器则是在不同的处理器模式下有不同的物理寄存器。 　　关于ARM处理器的寄存器结构，在后面的相关章节将会详细描述。 　　1.4.3 ARM微处理器的指令结构 　　ARM微处理器的在较新的体系结构中支持两种指令集：ARM指令集和Thumb指令集。其中，ARM指令为32位的长度，Thumb指令为16位长度。Thumb指令集为ARM指令集的功能子集，但与等价的ARM代码相比较，可节省30％～40％以上的存储空间，同时具备32位代码的所有优点。 　　关于ARM处理器的指令结构，在后面的相关章节将会详细描述。 　　1.5 ARM微处理器的应用选型 　　鉴于ARM微处理器的众多优点，随着国内外嵌入式应用领域的逐步发展，ARM微处理器必然会获得广泛的重视和应用。但是，由于ARM微处理器有多达十几种的内核结构，几十个芯片生产厂家，以及千变万化的内部功能配置组合，给开发人员在选择方案时带来一定的困难，所以，对ARM芯片做一些对比研究是十分必要的。 　　以下从应用的角度出发，对在选择ARM微处理器时所应考虑的主要问题做一些简要的探讨。 　　ARM微处理器内核的选择 　　从前面所介绍的内容可知，ARM微处理器包含一系列的内核结构，以适应不同的应用领域，用户如果希望使用WinCE或标准Linux等操作系统以减少软件开发时间，就需要选择ARM720T以上带有MMU（Memory Management Unit）功能的ARM芯片，ARM720T、ARM920T、ARM922T、ARM946T、Strong-ARM都带有MMU功能。而ARM7TDMI则没有MMU，不支持Windows CE和标准Linux，但目前有uCLinux等不需要MMU支持的操作系统可运行于ARM7TDMI硬件平台之上。事实上，uCLinux已经成功移植到多种不带MMU的微处理器平台上，并在稳定性和其他方面都有上佳表现。 　　本书所讨论的S3C4510B即为一款不带MMU的ARM微处理器，可在其上运行uCLinux操作系统。 　　系统的工作频率 　　系统的工作频率在很大程度上决定了ARM微处理器的处理能力。ARM7系列微处理器的典型处理速度为0.9MIPS/MHz，常见的ARM7芯片系统主时钟为20MHz-133MHz，ARM9系列微处理器的典型处理速度为1.1MIPS/MHz，常见的ARM9的系统主时钟频率为100MHz-233MHz，ARM10最高可以达到700MHz。不同芯片对时钟的处理不同，有的芯片只需要一个主时钟频率，有的芯片内部时钟控制器可以分别为ARM核和USB、UART、DSP、音频等功能部件提供不同频率的时钟。 　　芯片内存储器的容量 　　大多数的ARM微处理器片内存储器的容量都不太大，需要用户在设计系统时外扩存储器，但也有部分芯片具有相对较大的片内存储空间，如ATMEL的AT91F40162就具有高达2MB的片内程序存储空间，用户在设计时可考虑选用这种类型，以简化系统的设计。 　　片内外围电路的选择 　　除ARM微处理器核以外，几乎所有的ARM芯片均根据各自不同的应用领域，扩展了相关功能模块，并集成在芯片之中，我们称之为片内外围电路，如USB接口、IIS接口、LCD控制器、键盘接口、RTC、ADC和DAC、DSP协处理器等，设计者应分析系统的需求，尽可能采用片内外围电路完成所需的功能，这样既可简化系统的设计，同时提高系统的可靠性。

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WinCE与嵌入式系统开发 (2008-07-04 18:41:14)

标签：嵌入式开发起步 杂谈

分类：仪器仪表

MicrosoftWindows CE是紧凑的、高效的和可升级的操作系统，它被广泛的应用在各种嵌入式式的产品中，从手持电脑到专门的工业控制器和消费用电子产品中。Windows CE已经通过了其自身的能力证明：它能够满足32位嵌入式式程序开发的需求。同样重要的是： Windows CE使嵌入式式系统的设计者得以充分利用Microsoft的32位基于Windows的开发工具的全部的函数。
嵌入式的应用软件选择Windows CE的首要原因之一是Microsoft Win32应用编程接口（API）的广泛应用。从运行在Microsoft WindowsNT操作系统下的高端服务器到最小的台式机和内嵌式的应用中，WIN32 API几乎是所有为面向Windows开发32位应用软件的内核。
本文的目的是向那些开发基于Windows CE的新的嵌入式式系统的开发者介绍WIN32 事件驱动编写程序。 本文将：
概述32位Windows操作系统和WIN32编程模型。
介绍线程，事件和消息是如何操作的。
给出Win32如何管理Windows CE的内存。
解释 Win32意外操作的概念。
比较同步和不同步设备的界面的不同的方法。
总结明确定义的API的优位。
本文并不是刻意要完全做Win32的编程指南，而是要介绍用Win32作为嵌入式式应用程序的开发工具。
简介
对于全世界的成千上万的程序开发者来说，Win32程序模式很常见。WIN32是台式机或企业广泛应用的强大目标，而且随着Windows CE的涌现，它也成了嵌入式式系统的理想的程序界面形式。WIN32为Windows CE操作系统提供了一致的，文档完备的并且函数强大的程序界面。
用WIN32在Windows CE平台开发的程序同其他的WIN32程序差不多；这意味着程序开发者在开发新的面向Windows CE操作系统的应用程序的时候，能够应用这些大量的WIN32的程序资源、第三代工具和外部的专门的技术。具有WIN32编程经验的程序员会发现创建新的（维护已有的）面向Windows CE设备（如手持电脑）的应用程序远比创建类似的面向特殊的平台或其他应用不广的嵌入式式的操作系统的应用程序简单。
嵌入式式系统的设计者们很快意识到Windows CE的强大，并且以惊人的快速使这个操作系统与它们的新产品一体化。可是，许多嵌入式式软件的开发者对Windows的事件驱动程序的一般技术不熟悉。对于这些软件开发者来说，在他们开始他们第一次的基于Windows CE的项目之前，了解一些WIN32的基础的知识是有好处的。
什么是WIN32？
“WIN32”表示对于所有的Microsoft 32位平台的一种普通的应用编程接口（API）。这些平台通常指：
Windows 95， Windows 98
Windows NT
Windows CE
本文我们主要关注Windows CE操作系统，可是需要弄清楚的是大多数 Win32的应用编程接口对上面所有三种平台都适用。这种同用的应用编程接口的优位有很多：容易登录到应用程序中，有大量的已有程序的知识，范例和第三代软件的资源。
平台的差别
WIN32的应用编程接口定义了你作为一个程序员有用的Windows平台。WIN32应用编程接口的目的是提供了一个常用的界面的设置，可是虚拟，不同的平台由于不同的特性及硬件的约束，其应用编程接口也不同。WIN32平台家族的一些成员支持全部的WIN32的应用编程接口（下简称API），而其他的只支持一部分的API。为紧凑的、嵌入式式的应用软件和小型设备而设计的Windows CE，WIN32的API最受限制。尽管如此， Windows CE 的API也是足够完善的，能够处理实际的大量的高级的嵌入式式应用程序。
WIN32与Microsoft基本类库（MFC）
用WIN32界面设计并不是创建32位基于 Windows的应用程序的唯一的途径。另一种重要的途径是可在WIN32与 Microsoft Visual C++开发环境使用的Microsoft基本类库（MFC）。MFC为许多（不是所有）的WIN32的API进行了高度的封装（图1）。通常，MFC提供了代表重要的WINDOWS的用户界面对象的类，象窗口，对话框，画刷，画笔，和字体。MFC也为没有任何用户界面要求的嵌入式式应用软件提供了相应的类。MFC类的成员函数调用WIN32API的函数，可以使复杂的应用程序的设计巧妙的简化。
作为WIN32的程序员，你可以自由的选取使用C或C＋＋和WIN32 API， 或者用C＋＋与MFC。VISUAL C＋＋开发系统对于所有的，包括 Windows CE 的WIN32的目标操作系统都支持以上的两种开发系统。
本文直接介绍WIN32 API。应用 Windows CE下的MFC的详细的消息，参阅 Windows CE SDK文档。
WIN32程序模型
WIN32是超越所有32位WINDOWS平台的常用和一致的（尽管并不全部相同）API。为了对WIN32 API有一个透彻的了解，以便高效的使用它的函数，了解一些底层操作系统的基础十分重要。本节总结了32位操作系统和 Win32 API的最重要的概念，为你更深入的学习提供基础。要得到更多更详细的关于32位WINDOWS的体系结构、 Win32 API、以及其他的程序设计的主题，你可以读一本关于那个主题出版的书。Microsoft出版社能提供一些这样的书籍；在本文的最后，列着部分这些书的条目。
Windows CE的内核和 Win32 API
那些对WINDOWS CE的人可能会有一个错觉，认为它仅仅是现有的操作系统（如WINDOWS95）降级版。但事实上Windows CE是以小型的、高度用户化的面向嵌入式式应用程序的操作系统开发起来的。在WINDOWS CE排除（或代替）了一些基于WINDOWS CE的应用软件所不需要的操作系统特性的同时，它的内核也具有大量的其他Microsoft 32位的操作系统的最精华的东西。例如在Windows NT下， 所有的在Windows CE下运行所应用软件都运行在有优先权的多任务处理环境下，在被全保护的内存空间里。还有，象 Windows NT一样，Windows CE支持本地统一的字符编码标准码字符串，使它更适于国际推广。可是，不象其他的32位WINDOWS平台，， Windows CE是十分紧凑和用户化的，仅仅占用小于200K的内存。
Windows CE的WIN32 API比其他的32位的Windows操作系统的WIN32 API要小；它只包括大约相当于Windows NT的半数的API。但是 Windows CE的WIN32 API也有其他系统所没有的特性。例如：通知API，它能够操作系统的层次，而不是在运行的应用程序的层次上处理通知事件（如时钟）。触屏的API和对Windows CE的数据库的内置的支持是其他的操作系统所没有的。触屏的API使用于触觉敏感显示器的屏幕校正和用户交互的管理容易实现，而数据库的API提供了快速简捷的访问紧凑的、一般用途的数据库的工具。另一个关于Windows CE的鲜为人知的方面是它的高度的模块化；嵌入式式系统开发者（用Microsoft Windows CE内含的面向Visual C++的软件包）能够创建一个对于它们的独特的硬件平台和应用软件用户化了的Windows CE的版本。
Windows CE操作系统为设计提供了全新的设计环境。Windows CE的开发者几乎不需要支持原有的应用程序或设备，所以操作系统在设计时可以考虑到应用一些最新的思想和应用程序，并且应用最先进的嵌入式式的32位微处理器产品作为它的硬件目标平台。
这对于一个使用Windows CE平台的WIN32 API的用户来说意味着什么呢？这意味着对于现代的、32位的嵌入式式系统，它是一种更简单的API，更加优化的目标操作系统。下面，我们将研究一些重要的WIN32 API和Windows CE操作系统的内部的内容。
程序和线索
了解WIN32 API和Windows CE操作系统的底层内容的第一步就是了解多任务和多线索索应用程序是如何组织的。WIN32术语中，程序被定义成一个正在运行中的程序实例。象其他的32位Windows 平台一样，Windows CE是一个多任务的操作系统，在一个运行中的程序里，它支持执行多个线索所。
对于嵌入式式的应用程序，Windows CE的多线索索执行能力是它函数的重要的体现。这样就使WIN32嵌入式式程序开发者优先考虑WIN32的线索索的创立与同步。
WIN32的线索索的处理同其他常用的嵌入式式的操作系统是有区别的。不象Unix或其派生的系统，32位Windows平台从一开始设计就支持多线索索应用程序。线索索管理（时序安排，同步和资源管理）由内核来完成，程序开发者利用函数装入内核（通过WIN32 API访问）来建立和管理他们应用程序中的线索索。
例如，如果一个嵌入式式应用程序必须监视多个输入设备并且在监视到一个或多个设备上不同步发生的事件的时候要作出恰当的反映。更进一步，如果这样一个程序也需要更新一些共享的资源（如全局数据结构，磁盘上的文件，或其他设备）来作为与相关设备事件的反映。象这样的一个程序需要一个可靠的线索索管理系统。这恰恰是WIN32 API能够提供的函数：多个线索索能够快捷并且容易的用WIN32 API线索索创建界面建立；同步线索索（多个线索索同时访问一个数据）可以通过不同的方式完成，包括关键的段，有名称和没有名称事件，以及互斥的目标。
Windows CE 被设计成在执行这些同步时占用最少的程序资源。这位对那些函数不强大的开发者来说十分重要；因为内核来负责线索索的管理，不需要使用另外的处理器来循环检测程序或线索索完成，以及执行其他的无用的应用程序层次上的线索索管理。内核已构建好如何管理若干的线索索并且使程序高效地进行的程序。
对于包括若干个程序的应用程序，WIN32 向用于线索索、程序管理和同步提供了一套的完备的处理方法。这些线索索管理特性非常适于嵌入式式应用程序软件，并且对Windows CE开发者是容易得到的。
消息
在32位windows平台上运行的程序更专门化，程序的线索依赖于消息来初始化程序，控制系统资源并且与操作系统和用户通信。 windows消息有各种各样来源，包括操作系统，用户活动诸如键盘输入、鼠标、触到屏幕，以及其它运行的程序或者线索。
当消息被送到线索时，这条消息被放置在消息队列中等待最后处理(图3)。每一条线索拥有完全不独立于其它线索所拥有的消息队列的消息队列。线索一般有不断运行的消息循环，恢复和处理消息。当队列地没有消息，并且线索不从事于其它任何活动，系统挂起线索，以节省中央控制器资源。
消息也能用于控制目的，初始化你的应用程序中各种类型的程序，并且他们能利用消息参数传递数据。例如，线索可能收到触屏被激活的消息，消息参数可以表明X和Y为用户行动的坐标。在另一种类型的消息中，参数可以包括指针或者指向数据结构、窗口或其他对象的句柄。
中断处理
作为一嵌入式的的软件开发者，你可能最关心windows CE消息的处理规则是如何影响你的外部系统接口的时序的。windows CE通过细心设计和准确的衡量以保证其中断时序以及其它相关的特位与嵌入式式的系统设计是适用的。
嵌入式应用程序经常有时间临界的设备接口需要，需要发现并且在一最小的规定的时间之内对设备和系统事件作出反应。为了支持这样应用程序， windows CE包括高度优化中断传送，优先级和服务系统。
在windows CE内核中，中断处理分成两个明显的部分:中断服务程序(ISR )以及中断服务线索(IST )。这个系统的目的是使ISR 尽可能小和快。在硬件的层次上，每一中断要求(IRQ )线索路与一特定的软件ISR联系。当被触发时，给定的ISR除了通知内核IST的位置外，还做少量的工作。一旦IST 被初始化(尽管没必要完成)，系统便准备好接受下一中断并且处理下一中断。
每一个中断有一个优先级与他们相联系。 windows CE为确定的线索时时序，利用基于优先级的时间片段算法。与每一ISR 被联系的IST 是正常的线索，因此为IST设置优先级以满足应用程序的时序需要是应用程序软件开发者的责任。
这种将ISR 和IST在中断程序中分开处理最终结果是，典型的中断等待时间被大大地减少了，在中断程序中发生不可接受的延迟的可能性也大大减少。此外，嵌入式式软件包 和windows CE内核的特性使有可能按习惯定制中断时序和优先级，以满足特定应用程序的需要。
Windows CE和其使用的时间临界、实时应用程序在另一篇文章中包括比本文更详细的内容，文章名为《 Real-time Systems with Microsoft Windows CE》。
内存管理
WIN32 API为向开发者提供了一套完备的和一致的接口。当开发绝大部分应用程序的时候，软件开发者不需要考虑特定内存结构。然而对于许多嵌入式应用程序，特别是那些有严格的内存资源约束或者临界时序的要求的，对内存被管理的方法有好的理解是重要的。
Windows的内存的一般结构对于不同的32 位Windows平台是不同的，并且特殊的细节结构在同一32 位Windows操作系统下不同的处理机之间也不同。 (例如，Windows NT的内存结构在X86 平台上与在DEC Alpha 平台上的用法十分不同 。) 对于这段的讨论，我们将专门集中在Windows CE操作系统的部分中进行。
Windows CE的存储结构
像其它的32 位Windows平台一样，Windows CE操作系统也有虚拟内存的特性。内存总在某一时间被分配给应用程序一页，页的大小由系统设计者决定(并在操作系统为目标硬件平台创建时被指定)。例如在手持电脑，内存页大小是典型的1KB 或者4KB 。
在初始化期间(导入)，Windows CE创造一个独立的被所有程序共享的4GB 虚拟地址空间。当程序引用一个虚拟的地址时，它被内核记录在物理的内存上。这使得应用程序软件开发者不必去考虑目标系统内存的物理的布局。虽然所有程序共享单一地址空间，应用程序仍然可避免相互误用。Windows CE 通过改变每页的保护来保护程序内存，而不是分配给每一程序不同地址空间。作为应用程序开发者，你可能不会太在乎目标系统的内存的物理的结构。内存可以全部是随机存取内存，或者它可能包括闪存卡或者硬盘驱动器。Windows CE操作系统为你管理内存资源，同时WIN32 API 向你提供必要的分配、使用和释放的内存的接口。
然而，作为一个嵌入式的系统的设计者，你将需要细心考虑将在你新的硬件平台上执行的应用程序的内存需要，并且全面考虑成本、速度和可靠性，平衡各种目标的冲突。如果你为使用Windows CE开发一个新的硬件平台，Windows CE的面向Visual C++ 的嵌入式软件包包括资源可以帮助你做出这些决策，并且从而构成操作系统。
无论你的系统内存的配置如何，ROM(只读内存)将占用十分重要的地位。不同于其它的32位Windows操作系统，Windows CE操作系统的代码在只读内存中，并且在那个只读内存中原地执行。依据你的产品需要，你也能选择在只读内存中放置应用程序代码。例如，Pocket Word，Pocket Excel和其它应用程序程序，包括在手持电脑只读内存中被提供的。
存储在ROM中的程序组在Windows CE下当地执行，所以嵌入式系统的设计者能够只占用很少的RAM用于堆栈存储的需要。相应地，你的嵌入式应用程序可以利用RAM既作为程序的内存又可作临时存储空间。
为了进一步的增加应用程序软件的性能， Windows CE采用按需求将内存分叶；操作系统仅仅需要解压缩并且装入基于RAM的一小部分程序准备执行。ROM和基于RAM的程序的灵活性与速度意味着基于Windows CE的设备能够被构造成各种内存结构形式。
手持电脑的内存结构
典型的Windows CE的硬件平台的内存结构是与基于 Windows系统的台式电脑的内存结构十分不同的。为了知道内存通常如何在Windows中被处理的，考查基于Windows CE的最普通的代表性的设备－手持电脑，是很有用的。
在手持电脑中，RAM被分割成两个主要的部分：存储内存和程序内存。向两部分分配的RAM的量能被手持电脑用户修改(在限制范围内)。这个RAM的划分图如图4所示。
在手持电脑中的存储内存类似于台式电脑的硬盘RAM。它被用来存储数据和非系统应用程序。它的三段中每一段被不同的一套WIN32 API 访问函数：
Windows CE系统寄存器类似于Windows NT和Windows 95的操作系统的寄存器。你能利用WIN32 寄存器函数来操纵寄存器中键和数值。
被用户安装的应用程序和数据在一般文件存储段中。Windows CE文件系统API 是标准WIN32 文件系统的子集函数。
对于数据库应用程序，由Windows CE 数据库API来存储被管理存储。这API 对Windows CE是唯一的 ，并且在其它的WIN32 平台中没有。
程序内存被用于系统和非系统程序的堆栈存储。非系统应用程序从存储内存(或者或许PC卡)被取得，非压缩的并且被装入要执行程序内存中。
意外情况处理
的意外情况处理是强大的编程技术，相应一套的WIN32 API 起函数能容易的发现未预料到的错误状况，并且使之恢复。结构化的意外情况处理，允许危险的段的代码可能由于硬件资源的问题、设备的冲突和微小的编码错误而导致失败，以使这部分程序与其余的应用程序分开。这保护了应用程序，使之免于过早的终止或者产生敏感的系统问题。
结构化的意外情况处理包括定义一系列声明作为保护，并且为第一套的声明定义了另一个套声明作为意外情况句柄。意外情况句柄定义了一个或多个声明来保障系统的运行，而不管保护声明的现有的状态。
在大多数32 位Windows平台上应用WIN32 API 的程序员在运用意外情况句柄的时候通常有两种选择，用C或 C++ 编写应用程序，并且利用WIN32提供的处理意外情况的宏，或者利用C++ 编写应用程序，并且使用C++ 语言定义的意外情况处理函数。
对于这种程序的编写，Windows CE的开发者因无法访问C++的（面向Windows CE的Visual C++ 目前还不支持意外情况处理，所以必须使用WIN32 API的意外情况处理宏。
为了应用WIN32意外情况处理，你将使用一套在WIN32 API 中被定义的宏。下面一段代码显示其基本概念：
__try {
// The statements in here have a possibility of failure
// and so are guarded.
}
__finally {
// This is the exception handler. This code will execute
// after the guarded statements, no matter what happened
// in the guarded block of code above.
}
// This code will execute normally if the program flow allows
// it (no goto, exit, etc.)
__try 以及__finally 宏产生了使用意外情况句柄的所必要的底层代码。
意外情况的处理对诸如在嵌入式的应用程序中的那些普通的多线程序是有用的。WIN32结构化意外情况处理宏是一种容易并且强大的保护应用程序使之免受未预料到的失败的方法。
设备处理
有无数硬件设备(外围设备)与应用Windows的平台(Windows NT以及 Windows 95)台式机是兼容的，并且每一年都有更多的东西在市场上涌现。而Windows CE的平台，通常不支持台式计算机支持的设备的很多品种的外围硬件。然而，为一嵌入式的的系统创造可靠的设备接口在嵌入式的程序设计的过程中，是比较富有挑战性的部分。这部分地因为典型的嵌入式的系统接口的时序与其它可操作性的需要远比台式电脑计算系统和应用程序的更难。
幸运地，WIN32 API 提供了一套丰富使设备接口方法，使得设备接口程序写起来更容易并适合于特定嵌入式的系统的需要。
WIN32 API是如何帮助的 WIN32 API在你的硬件平台为你提供一套一致的基于流的接口。为了使用设备，你首先利用适合于设备类型的函数打开它。对于大多数设备，你利用的函数是在下列例子中的CreateFile 函数：
HANDLE hPort = CreateFile("COM1"); // Open the serial port
CreateFile函数打开规定的设备(串口)并且返回用于以后在该种设备上的操作(例如读和写)的句柄。各种各样函数的(包括ReadFile ，WriteFile ，LockFile 和其他)接受这个句柄为参数，并且允许你(例如)读写数据，检查设备状态，并且将从其它程序的存取被锁住的设备或者文件列入清单。文件输入输出操作被处理成与其它设备类型利用同样的API 函数，并且在文件之内包括随机的访问的函数。被若干程序或线索同时访问的设备和文件可以分区域地利用LockFile 函数锁定。
在你的应用程序已完成设备或者文件之后，它将调用CloseFile 函数关闭设备，并且进行必要的清除设备的工作。
同步和异步的设备的处理
嵌入式系统的经常有关键的设备有时序需要。对于这个理由，对底层的操作系统的软件接口必须能够在软件层次上管理同时(或者几乎同时)的系统中不同类型的设备的事件。 WIN32 API 支持对设备的同步和异步的访问，并且用复杂的设备接口设计。
同步的接口是那些在软件需要从设备得到动作的要求，然后等候结果。在同步的设备接口中，最常用的是前面已经提到的ReadFile 以及WriteFile函数。当在同步I/O中使用的时候，不论你与磁盘上的文件、并口或是串口、一个通道或其它类型的设备接口时，都是公用的并且是兼容的。
异步的接口是那些设备要求应用程序为之服务的接口。一个异步的设备的好的例子是键盘。适当和适时的处理异步事件，对于许多嵌入式应用程序是至关紧要的。幸运的是，为Windows CE编写的设备驱动程序能支持同时的多线索访问驱动器。这大大地简化异步输入设备的处理。
你所访问的给定的设备的方法，取决于那个设备的特性和你开发的特定的应用程序的要求。如果你在基于你的Windows CE的硬件平台上创建一个全新的设备(和设备驱动程序)，你可以既从你的硬件设备和驱动器的层次，又可以从应用程序的层次有许多选择。
定制设备和WIN32
尽管嵌入式系统可以支持较小数量的设备，嵌入式系统能形成唯一的和挑战型的设备接口问题。当你开发一个新的硬件平台并且它支持输入输出设备，在模你设计的不同层次上，你将不得不作出决策和折衷方案。例如，除非你只使用通常的off-the-shelf硬件，你必然套写用户设备驱动程序支持你的新外围设备。你也能需要配置你的Windows CE来包含一些设备处理必要的组件。同时从应用程序的层次，为满足新的设备的需要，你将需要写接口代码。在有如此多变量的情况下，你如何保持你的设备的一定程度的一致行呢?答案就在WIN32 API 中。在WIN32 API环境下，写你的目标驱动程序，你有理由自信的认为那些新设备的接口的应用程序开发者能够创造可信的，可检验和可维护的基本代码。Windows CE设备驱动程序开发工具包，或者简称DDK ，提供了如何创造WIN32功能强大的设备驱动程序信息和范例。
设备的类型
Windows CE支持两种基本类型的设备驱动程序，内置固化的驱动程序和可安装的驱动程序。如同名字所暗示的，内置固化的驱动程序是被指定用于一个给定的Windows CE的硬件平台的设备。Windows CE的嵌入式系统设计者有责任提供一个内置固化的驱动程序来驱动系统所包括的设备。例如，许多Windows CE平台有一个LCD 触摸屏。这些平台的制造厂为他们的设备提供设备驱动程序，使此硬件可以用于Windows CE操作系统。在完备的系统中，这些内置固化的驱动程序位于Windows CE只读内存中内核的周围。
可安装的设备驱动程序是被设定为为了任何与Windows CE 硬件平台临时连接的外围的设备。这个类型的设备包括：调制解调器，打印机，数字的照相机，PC卡，以及任何数量的其它外部的设备。可安装的设备驱动程序可能位于只读内存中，但是更典型与临时性的设备的接口的应用程序软件一同装载。
总结
本文已为概略地介绍了面向Windows CE的WIN32 API，其目的是为了突出这种被广广泛应用的并且十分重要的API的一般的特点和优点。有许多其它的细节你需要在第一次使用Windows CE嵌入式产品之前来学习掌握；幸运的是，有很多的WIN32 API 的信息的资源。
这些资源包括Microsoft开发网络(MSDN )，文章(诸如本文)和报纸，以及大量出版的书...