基于BIOS的WINCE啟動(dòng)方法解析

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(wú)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(dòng)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(huì)針對(duì)某一種硬件平臺(tái)生成。Boot Loader是定制Windows CE操作系統(tǒng)過(guò)程中一個(gè)重要的開(kāi)發(fā)環(huán)節(jié)。在整個(gè)系統(tǒng)正常啟動(dòng)后，Boot Loader通過(guò)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(tái)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(tái)的初始化工作，需要CE開(kāi)發(fā)者讀懂它的源碼并根據(jù)不同的平臺(tái)修改，難度比較大。對(duì)于MSDOS+Loadcepc，首先啟動(dòng)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(dòng)過(guò)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(dòng)順序。如果引導(dǎo)設(shè)備是硬盤、CF卡、DOC（Disk-On-Chip）一類的存儲(chǔ)設(shè)備，則就加載這些存儲(chǔ)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(dòng)分區(qū)，如果存在活動(dòng)分區(qū)，則加載位于這個(gè)活動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(xiě)到磁盤上。mkdisk會(huì)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(huì)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(dòng)系統(tǒng)，這是一種常用的啟動(dòng)WINCE的方法;缺點(diǎn)是需要通過(guò)專門的工具制作啟動(dòng)盤，操作相對(duì)復(fù)雜，如果要更換不同的存儲(chǔ)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(guò)程如圖1所示。
　　
　　1.2 BIOS Boot Loader啟動(dòng)代碼分析
　　通過(guò)上面的分析，BIOS Boot Loader的工作的過(guò)程已經(jīng)清楚，下面分析啟動(dòng)過(guò)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(chǔ)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(guò)“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(dòng)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(lái)，通過(guò)修改BIOS，為使用X86平臺(tái)的WINCE用戶提供方便。此方法不需要使用“mkdisk”制作啟動(dòng)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(dòng)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：
　?。?）把WINCE的加載程序BLDR.BIN存放到BIOS中。首先分配一個(gè)ID號(hào)，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(duì)其進(jìn)行壓縮。在BIOS編譯完成以后，通過(guò)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(shuō)可以升級(jí)BLDR.BIN。
　?。?）在BIOS啟動(dòng)選項(xiàng)里增加WINCE啟動(dòng)項(xiàng)。啟動(dòng)過(guò)程中判斷用戶的設(shè)置，如果從WINCE啟動(dòng)，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(guò)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(guò)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(dòng)分區(qū)。第一個(gè)字節(jié)為80H的是活動(dòng)分區(qū)，然后讀取活動(dòng)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。