一種基于BIOS的WINCE啟動方法 - 全文

Windows CE.NET是微軟公司向嵌入式領(lǐng)域推出的一款操作系統(tǒng)。它最大程度繼承了桌面版Windows操作系統(tǒng)的豐富功能，同時(shí)又賦予了許多新特性，以適應(yīng)嵌入式領(lǐng)域的實(shí)際要求。無論是商業(yè)應(yīng)用還是多媒體消費(fèi)需求，都能被采用CE操作系統(tǒng)的設(shè)備輕松滿足。最新的.NET版本較之3.0版本，在實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性上有大幅度提高，并廣泛地被平板電腦、數(shù)碼相機(jī)、彩屏手機(jī)、PDA等多種高性能產(chǎn)品所采用，同時(shí)工業(yè)控制中的用戶也在不斷增多。

1 WINCE啟動方法

WINCE并不是一個(gè)通用的安裝版操作系統(tǒng)，在各種嵌入式硬件設(shè)備中，一款CE系統(tǒng)通常只會針對某一種硬件平臺生成。Boot Loader是定制Windows CE操作系統(tǒng)過程中一個(gè)重要的開發(fā)環(huán)節(jié)。在整個(gè)系統(tǒng)正常啟動后，Boot Loader通過不同的方式加載CE的內(nèi)核文件nk.bin。當(dāng)Boot Loader把nk.bin解壓到RAM后就把CPU控制權(quán)交給CE內(nèi)核。在X86平臺下，有三種Boot Loader:x86 ROM Boot Loader，x86 BIOS Boot Loader和MSDOS+Loadcepc。其中，x86 ROM Boot Loader因?yàn)橐鍮IOS完成平臺的初始化工作，需要CE開發(fā)者讀懂它的源碼并根據(jù)不同的平臺修改，難度比較大。對于MSDOS+Loadcepc，首先啟動到MSDOS，再執(zhí)行l(wèi)oadcepc.exe，讓loadcepc加載nk.bin到內(nèi)存，再把CPU控制權(quán)交給CE內(nèi)核程序。這種方法需要DOS系統(tǒng)的支持。

1.1 BIOS Boot Loader啟動過程

　　這里著重介紹BIOS Boot Loader。它的引導(dǎo)順序是:系統(tǒng)上電后BIOS執(zhí)行完硬件初始化和配置，然后檢查引導(dǎo)設(shè)備的啟動順序。如果引導(dǎo)設(shè)備是硬盤、CF卡、DOC(Disk-On-Chip)一類的存儲設(shè)備，則就加載這些存儲器上的主引導(dǎo)扇區(qū)(Master Boot Sector)中的實(shí)模式代碼到內(nèi)存，并執(zhí)行這些代碼。這里提到的代碼被稱為主引導(dǎo)記錄(MBR)。MBR首先在分區(qū)表(同樣位于主引導(dǎo)扇區(qū))中尋找活動分區(qū)，如果存在活動分區(qū)，則加載位于這個(gè)活動分區(qū)的第一個(gè)扇區(qū)上的代碼到內(nèi)存，然后執(zhí)行這些代碼。這里提到的活動分區(qū)的第一個(gè)扇區(qū)被稱為引導(dǎo)扇區(qū)(Boot Sector)。引導(dǎo)扇區(qū)上的代碼的功能是找到并且加載BIOS Boot Loader，BIOS Boot Loader再加載nk.bin。使用BIOS Boot Loader方式，需要制作啟動盤，Bsect.img和BLDR.BIN分別為引導(dǎo)扇區(qū)文件和WINCE的加載文件。執(zhí)行“mkdisk C:”批處理命令將這兩個(gè)文件寫到磁盤上。mkdisk會設(shè)置Boot Loader的隱藏屬性，這樣在列出根目錄下所有文件時(shí)不會顯示Boot Loader的文件。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是不需要DOS系統(tǒng)就可以直接啟動系統(tǒng)，這是一種常用的啟動WINCE的方法;缺點(diǎn)是需要通過專門的工具制作啟動盤，操作相對復(fù)雜，如果要更換不同的存儲設(shè)備，則都要進(jìn)行這一系列的操作才能完成。具體引導(dǎo)過程如圖1所示。

1.2 BIOS Boot Loader啟動代碼分析

　　通過上面的分析，BIOS Boot Loader的工作的過程已經(jīng)清楚，下面分析啟動過程中需要的文件。

　　首先分析引導(dǎo)扇區(qū)(BootSector)文件Bsect.img。其主要包括一個(gè)引導(dǎo)程序和一個(gè)稱作BPB(Bios Parameter Block)的本分區(qū)參數(shù)記錄表。BPB表記錄著本分區(qū)的起始扇區(qū)、結(jié)束扇區(qū)、文件存儲格式、硬盤介質(zhì)描述符、根目錄大小、FAT個(gè)數(shù)、分配單元的大小等重要參數(shù)。引導(dǎo)程序是Bsect.img的關(guān)鍵部分，通過“mkdisk C:”替換原有引導(dǎo)扇區(qū)的主要目的是改變引導(dǎo)程序。

　　下面是Bsect.img的BPB和引導(dǎo)程序的部分代碼，包括參數(shù)的傳遞以及控制權(quán)移交給BLDR，這也是加載NK.BIN的最后一步。

…

;BIOS parameter block(BPB)

VerId db ′ ′ ;7C03

BytePerSect dw 0000 ;7C0B

SectPerClust db 00 ;7C0D

RsvdSects dw 0000 ;7C0E

NumFATs db 00 ;7C10

NumRootEntrys dw 0000 ;7C11

SectPerPart dw 0000 ;7C13

MediaDesc db 00 ;7C15

SectPerFAT dw 0000 ;7C16

SectPerTrack dw 0000 ;7C18

NumHeads dw 0000 ;7C1A

NumHiddenSectL dw 0000 ;7C1C

NumHiddenSectH dw 0000 ;7C1E

TotalSectorsL dw 0000 ;7C20

TotalSectorsH dw 0000 ;7C22

DriveId db 00 ;7C24

TempVal db 00 ;7C25

ExtRecordSig db 00 ;7C26

VolSerNumL dw 0000 ;7C27

VolSerNumH dw 0000 ;7C29

VolLabel db ′ ′ ;7C2B

TypeFAT db ′ ′ ;7C36

…

從磁盤中查找BLDR.BIN文件并裝入內(nèi)存

…

;Put the media type， drive number， and data start LBA into registers that are passed to the bootloader.

MOV CH，[MediaDesc]

MOV DL，[DriveId]

MOV BX，WORD PTR [_7C3E+0BH] ;根據(jù)BPB表計(jì)算得出

MOV AX，WORD PTR [_7C3E+0DH] ;根據(jù)BPB表計(jì)算得出

;jump to bootloader image

DB 00EAH

DW LOAD_ADDRESS ;BLDR.BIN 在內(nèi)存中的地址0000:1000

DW 0000H

2 WINCE啟動新方法

　　本文中介紹的方法是在BIOS Boot Loader基礎(chǔ)上改進(jìn)而來，通過修改BIOS，為使用X86平臺的WINCE用戶提供方便。此方法不需要使用“mkdisk”制作啟動盤，只需要把磁盤(如硬盤、CF卡等)格式化為FAT16，把NK.BIN文件存放到磁盤活動分區(qū)的根目錄即可。

2.1 實(shí)現(xiàn)步驟

　　下面介紹這種方法的實(shí)現(xiàn)。BIOS的修改主要包括以下三個(gè)部分:

　　(1)把WINCE的加載程序BLDR.BIN存放到BIOS中。首先分配一個(gè)ID號，然后作為一個(gè)模塊添加到BIOS中，由于存放BIOS的Flash空間有限，所以需要對其進(jìn)行壓縮。在BIOS編譯完成以后，通過BIOS工具可以看到這一模塊，并且和其他模塊一樣可以更新，也就是說可以升級BLDR.BIN。

　　(2)在BIOS啟動選項(xiàng)里增加WINCE啟動項(xiàng)。啟動過程中判斷用戶的設(shè)置，如果從WINCE啟動，則把BLDR模塊解壓后存放到某個(gè)內(nèi)存空間中等待調(diào)用。

　　(3)修改BIOS INT19調(diào)用的過程。在INT19的服務(wù)程序中，當(dāng)BIOS把磁盤的MBR讀入到內(nèi)存0000:7C00之后取得控制權(quán)，把前面解壓后的BLDR轉(zhuǎn)移到內(nèi)存0000:1000，通過讀取MBR的分區(qū)表信息(位置如圖2所示)查找當(dāng)前磁盤活動分區(qū)。第一個(gè)字節(jié)為80H的是活動分區(qū)，然后讀取活動分區(qū)引導(dǎo)扇區(qū)的BPB表，參照Bsect.img中的方法把BLDR所需的四個(gè)參數(shù)準(zhǔn)備好，最后移交控制權(quán)到BLDR。

2.2 啟動過程及結(jié)果

　　經(jīng)過這樣修改以后，WINCE的啟動過程如圖3所示。由此可以看出，啟動過程主要在BIOS中完成。經(jīng)過不同的平臺測試可知，這種方法與原有BIOS Boot Loader的啟動速度差不多。表1是兩種方法啟動速度的對比，記錄時(shí)間為系統(tǒng)上電到BLDR開始加載NK.BIN。

3 實(shí)際應(yīng)用

　　目前研祥的多款主板的BIOS都支持此種功能，在BIOS的設(shè)置中有一個(gè)選項(xiàng)來選擇是否從WINCE啟動。在使用其他系統(tǒng)時(shí)選擇“disable”，便可以從其他系統(tǒng)正常啟動;使用WINCE時(shí)選擇“enable”，便從WINCE啟動。把編譯好的nk.bin文件拷貝到磁盤的活動分區(qū)根目錄，系統(tǒng)上電后可以直接啟動到WINCE，不需要制作專用的啟動盤，為用戶使用WINCE系統(tǒng)帶來了方便。此種啟動方法同樣適合于其他的嵌入式操作系統(tǒng)，如Linux等。