嵌入式操作系统Windows CE之架构概述

嵌入式操作系统Windows CE之架构概述

 

          早期的嵌入式软件基本上是在汇编级开发的，系统的运行不需要操作系统支撑。每增加一种系统功能都需要重新进行开发，这种情况给嵌入式系统的应用和发展带来很大的阻碍。随着嵌入式系统的广泛应用，操作系统的引入也就日益显得重要了。目前比较著名的嵌入式操作系统有嵌入式Linux， μC/OS-II， VxWorks，Palm OS和Windows CE等。Windows CE是Microsoft推出的32位、多任务、多线程、实时的嵌入式操作系统，它与其他嵌入式操作系统相比有以下优势：拥有出色的图形界面，提供了方便的集成开发环境和开发工具，对OS的定制、裁减、交叉编译等都相对简单；便于继承已有的基于Windows的开发经验，可以使用类似于Windows上的应用软件开发工具（如VS.NET，EVC等）；Window CE已得到大量硬件厂商的支持，支持的微处理器架构包括MIPS系列、ARM系列、SH系列、X86系列。

          基于Windows CE的嵌入式系统采用四层体系结构，具有层次性强、可移植性好、组件可剪裁、强调编程接口和支持上层应用等特点。系统从下而上可分为四层：硬件层，OEM 硬件适配层，操作系统服务层，应用层。具体的系统架构可以用下图来表示：

  

                                                                                  图   基于Windows CE的嵌入式系统架构

 

（1）硬件层

         Windows CE 系统所需的最低硬件配置包括支持Windows CE的 32 位处理器、用于线程调度的实时时钟、用于存储和运行操作系统的存储单元。通常，硬件平台应具备其他的外设，例如串口、网卡、键盘、鼠标等。对于不同的应用领域和硬件平台，需要定制Windows CE 操作系统并移植到目标硬件上。微软为几种典型的应用平台提供了参考定制方案模版。例如，基于PC机的参考平台（CEPC）是微软内部用于开发和测试 Windows CE 操作系统的，它可以作为开发 Windows CE 应用程序和开发 X86 设备驱动的参考平台。

（2）OEM 硬件适配层

          OEM 硬件适配层位于操作系统层与硬件层之间，用来抽象硬件功能，实现操作系统的可移植性。OEM 硬件适配层可以分成OEM 抽象层（OAL）、设备驱动开发程序、引导程序和配置文件四部分。OAL 部分主要负责Windows CE与硬件通信，它与 CPU、中断、内存、时钟和调试口等核心设备相关，用于屏蔽 CPU 平台的细节，保证操作系统内核的可移植性。设备驱动程序为Windows CE提供设备控制功能，包括：LCD/LED/VGA/SVGA 显示设备、鼠标、键盘和触摸屏，语音处理设备和扬声器，串口和基于并口的打印机，PC 卡接口和 ATA 磁盘驱动器或其他存储卡、Modem 卡等等。引导程序主要功能是初始化硬件，引导并加载操作系统映像到内存。配置文件则是一些包含系统配置信息的文本文件。

（3）Windows CE 操作系统服务层

        Windows CE 操作系统服务层包含了4个关键模块：

a. 内核：内核（操作系统的核心）提供用于线程调度、内存管理和中断处理、调试支持等。

b. 对象存储：包括文件系统、系统注册表、CE 数据库的持久存储。

c. 通讯接口：提供对各种通信硬件和数据协议的支持。

d. 图形、窗口和事件子系统（GWES）：GWES 模块支持显示文本和图像，提供用户输入所需的图形和窗口功能。

（4）应用层

         应用层是应用程序的集合，通过调用 Win32 API 来获得操作系统服务。需要注意的是 Windows CE 下的 API 是桌面版本 Win32 API 的一个子集；同时 Windows CE 还有许多独有的 API ，例如 CE 数据库。