Windows CE OAL层的结构与开发

       引 言    

       Windows CE 是微软针对嵌入式领域推出的一款全新的 操作系统 。之所以说它是一款全新的操作系统，是因为尽管Windows CE的UI非常接近其它的桌面版Windows操作系统，但是它的内核完全是重新写的，并不是任何一款桌面版Windows的精简版本。 Windows CE是一种支持多种CPU架构的操作系统，这其中包括ARM、x86、MIPS和SHx，极大地减轻了0EM开发过程中移植操作系统的工作量。   

       操作系统移植包含两个层面上的工作：一个层面是CPU级的，另一个层面是板级的。CPU级的移植通常由微软或芯片制造商来完成；板级移植则是由OEM来完成的。0AL正是0EM完成这一系统移植的工作核心！       

1 OAL    

       OAL的全称是OEM Adaption Layer，即原始设备制造商适配层。从逻辑结构上看，它位于操作系统的内核与硬件之间，是连接系统与硬件的枢纽；从功能上看，OAL颇似桌面机上的BIOS，具有初始化设备、引导操作系统以及抽象硬件功能等作用。与B10S不同的是，0AL隶属于操作系统，是操作系统的一部分。从存在方式上，讲OAL是一组函数的集合体，这些函数体现出0AL的功能，如图1所示。

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       2 最小化的OAL 

       OAL层的首要任务是加载内核。OAL层中为内核的启动作种种铺垫的函数的集合构成最小OAL层。我们可以由此深入0AL层，如图2所示。 

首先来看一下OS的启动顺序。    

       ①CPU执行引导向量，跳转到硬件初始化代码，即Startup函数；    

       ②在start up函数完成最小硬件环境初始化后跳转到KernelStart函数(当CPU为x86架构时为Kernel Initial-ize函数)，来对内核进行初始化；    

       ③Kernelstart函数调用OEMInitDebugSerial完成对调试串口的初始化，调用0EMInit函数来完成硬件初始化工作以及设置时钟、中断，调用OEMGetExtensionDRAM函数来判断是否还有另外一块DRAM。    

       至此，内核加载完毕。由此可见，OS启动的重中之重是Startup函数的正确加载。   

       2.1 Startup 

       Startup阶段的特点是Kernel还没有加载起来，调试工作比较困难。StartuP函数的两大核心任务分别是把CPU初始化到一已知状态和调用内核初始化函数来初始化内核。以下是Startup函数中通常包含的内容：①把处理器置为监控模式；②禁止CPU的IRQ和FIQ输入：③禁止内存管理单元MMU和指令、数据Cache； ④刷新指令和数据Cache、TLB、清空写buffr； ⑤确定启动的原因一hard reset，wake from sleep， GPIO reset，Watchdog reset，eboot handoff； ⑥根据目标板需要配置GPIO，比如连接LED的GPIO； ⑦配置内存管理器，设置刷新频率，使能时钟； ⑧配置中断控制器；⑨初始化实时时钟(RTC)为0，使能实时时钟：⑩设置电源管理寄存器；⑾打开所有板级时钟和片内外部时钟；⑿取得OEMAddressTable的物理基地址并把它存在r0中；⒀跳转到KernelStart。    

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       Bootloader和 OAL 中均包含Startup函数。它的功能大致相同，都是要初始化最小硬件环境。Bootloader是在为自己的执行准备硬件环境，OAL则是为kernel的执行准备硬件环境。由于这两种硬件环境要求基本相同，所以它们的代码也有很大部分可以相互借鉴。但应该明白，Bootloader与OAL在物理上是独立的，它们并不是同一段代码。而且，如果可以确定这一硬件部分Bootloader已经初始化过，则在OAL中不必重复。当然，前提是每次加载都要经过Bootloader这一环节。最典型的例子就是x86 OAL中的Startup，见例程：


       2.2 Kernel Start

       Kernel Start主要完成内核的最小初始化并且通过调用OEMInit函数来完成板级硬件初 始化。以下是ARM内核初始化过程：① 初始化一级页表；②使能MMU和cache；③为每种工作模式使能栈(stack)；     ④重新定位内核；⑤执行串口调试函数；⑥调用OEMInit；⑦初始化内存；⑧执行其它初始化。    

       KernelStart中用到的三个函数OEMInit ()、OEMInitDebugSerial()和OEMGetExtensionDRAM()中，OEMInit()硬件相关性较大，也最重要。(1)OEMlnit() 0EMInit的最小任务是初始化其它硬件和注册系统时钟。通常OEMInit应该完成以下工作。①通过设置以下值来设置中断映射表一SYSINTR→IRQ和IRQ→SYSINTR。②在中断映射表中设置静态中断映射。③设置KITL，但在最小化的OAL层中通常不包括KITL。④用Init CLOCk配置系统定时器、实时时钟、时钟。⑤确定系统时钟的中断源。⑥初始化内核时间粒度为1ms。⑦配置中断控制器或可编程中断控制器(PICS)。⑧提供调试用LED指示灯。⑨置pWriteDedugLED=OEMWriteDedugLED。⑩调用HookInterrupt函数来注册中断服务例程ISRs，以下示例说明如何处理TIMERISR硬件中断5的中断服务例程：


       (2)串口调试函数

       有限的调试手段是0S移植人员经常遇到的难题。串口调试函数虽然不像以太网口调试函数那样功能强大，但仍然要比LED指示灯或数码管要直观得多，是调试OAL层代码不可或缺的一组工具。这个函数组由四个函数组成，分别是0 E M I n i t D e b u g S e r i a l()、OEMReadDebugByte()、OEMWriteDebugByte()和OEMWriteDebugString()。   

       ◇OEMInitDebugSerial()用于配置串口；   

       ◇OEMReadDebugByte0和OEMWriteDebugByte()用于向串口读写一个字节；   

       ◇OEMWriteDebugString()用于向串口写一个调试用字符串。    

       KernelStart中调用的是OEMInitDebugSerial()，完成串口初始化，为串口调试工作作好准备。   



www.55dianzi.com        (3)OEMGetExtensionDRAM()

       在最简最小化 OAL 层函数中，OEMGetExtensionDRAM()并不是一个必需的函数。OEMGetExtensionDRAM()的主要功能是查询是否存在另外一片DRAM．如果目标板上只有一片DRAM，则该函数返回FALSE。但在KernelStart通常都包含此函数。至此，最小的OAL层已经完毕，kernel的最基本的功能可以正常使用。骨架搭起，第一阶段的任务告一段落，但是很多非常重要的功能还不完整，还不能做到物尽其用。于是需要进一步加强OAL层的功能。这种做法也是OAL层开发通常使用的方法。先完成基本功能，在基本功能确保正确无误后，逐渐加入其它功能。循序渐进，即使出错也很容易找到出错的地方，便于排查。   

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