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。