嵌入式操作系统原理——Windows CE

王金刚wjg@tju.edu.cn

天津大学电子信息工程学院2005 年 8 月

本课程内容设置• 第一章 嵌入式系统概述• 第二章 Windows CE.NET 系统结构• 第三章 模型、进程和线程• 第四章 内存管理• 第五章 存储管理• 第六章 设备管理

• 第七章 用户界面与图形子系统• 第八章 应用程序设计• 第九章 Windows CE 5.0 简介• 第十章 Platform Builder 开发环境导航

第一章 嵌入式系统概述

嵌入式操作系统原理——Windows CE

内容提要• 嵌入式系统和嵌入式操作系统• 嵌入式系统发展简史• 常见的几种嵌入式操作系统• Windows CE.NET

1. 嵌入式系统和嵌入式操作系统• 嵌入式微处理器• 嵌入式系统的特点• 嵌入式操作系统的概念和分类• 嵌入式操作系统的特点

1.1 嵌入式微处理器• 实时和多任务处理能力

– 限定时间内完成多个任务• 集成度高

– 利于小型化• 存储区保护功能强大

– 避免错误交叉作用• 低功耗

– 功耗为 mW 甚至 uW 级

1.2 嵌入式系统的特点

• 面向特定应用；• 结合了计算机技术、半导体技术和电子技术

等技术；• 软件和硬件设计都要求高效率；• 软件、硬件和具体应用及行业特点有机地结

合在一起；• 软件一般都固化在存储器或单片机中。

与通用计算机系统相比的特点：

1.3 嵌入式操作系统的概念• 支持嵌入式系统应用的操作系统软件；• 嵌入式系统的重要组成部分；• 具有通用操作系统的基本特点；• 将硬件虚拟化，使开发人员从驱动程序

移植和维护中解脱出来；

• 嵌入式系统通常包括：– 与硬件相关的底层驱动软件；– 系统内核；– 设备驱动接口；– 通信协议；– 图形界面；– 标准化浏览器等。

嵌入式系统分类• 应用角度来看

– 通用型• Linux 、 VxWorks 、 Windows CE.NET 等

– 专用型• SmartPhone 、 PocketPC 、 Symbian 等

• 实时性– 实时嵌入式操作系统

• 可抢占型实时操作系统• 不可抢占型实时操作系统

– 非实时嵌入式操作系统

1.4 嵌入式操作系统的特点• 可定制性

– 可添加或可裁剪内核• 可移植性

– 支持多种微处理器• 实时性

– 嵌入式系统环境的现实要求• 低资源占有性

– 由系统资源少的特点决定

2. 嵌入式操作系统简史• 第一阶段 以单芯片为核心的可编程控制

器系统；• 第二阶段 嵌入式中央处理器，简单的操

作系统为核心的嵌入式系统；• 第三阶段 以嵌入式操作系统为标志的嵌

入式系统；• 第四阶段 以网络应用嵌入式操作系统为

标志的嵌入式系统。

3. 常见的嵌入式操作系统• VxWorks

– 高性能的内核和友好的用户界面• PalmOs

–省电以及系统资源消耗少• 嵌入式 Linux

– 开放源代码、软实时、多任务• Windows CE.NET

– 32位、多线程、多任务

3.1 VxWorks

VxWorks 操作系统是由美国 WindRiver 公司推出的一种嵌入式实时操作系统。自从 20世纪 80 年代推出以来，依靠该系统高性能内核，友好的用户开发环境获得了很大的成功。

VxWorks 的特点• 高性能实时微内核• POSIX兼容• 自由配置能力• 友好的开发调试环境• 广泛的运行环境支持

VxWorks 的组成• 微内核• I/O 系统• 文件系统• 完全的 TCP/IP 协议栈（基于 BSD4.4)

• 板极支持包（ Board Support Package, BSP)

• 目标代理（ Target Agent)

组成框图

VxWorks 的开发环境 Tornado

3.2 PalmOs

• Palm 与计算机沟通能力最容易的特点使 Palm 在所有的PDA 中独树一帜，迅速取得市场。

Palm Os 的特点• 处理速度快• 耗电量低，使用时间长• 具备执行低内存需求应用程序的能力• 与 PC 间的数据交换容易• 应用软件的开发性高

Palm Os 的开发工具• 开发工具很多 GNU C 、 Codewarrior 以

及 Pocket C

• 专业程序设计者可使用 C/C++ 来开发，而一般人则可使用程序产生器来完成

• Codewarrior是 Palm 程序设计领域中功能最强大的开发工具

3.3 嵌入式 Linux

Linux 具有源代码开放、模块化的结构、良好的稳定性，为嵌入式操作系统的主流。

嵌入式 Linux 的特点• 多任务、多用户支持• 共享库支持• POSIX 1003.1 支持• 内存保护模式• 支持不同种类的文件系统• TCP/IP 、 SLIP 和 PPP 支持

嵌入式 Linux 的开发环境

• 基于 Linux 操作系统的应用开发环境一般是由目标系统硬件开发板和宿主 PC 机所构成。

• 目标硬件开发板 ( 基于 ARM 的系统板 ) 用于运行操作系统和系统应用软件，而目标板所用到的操作系统的内核编译、应用程序的开发和调试则需要通过宿主 PC 机来完成。双方之间一般通过串口，并口或以太网接口建立连接关系。

4. Windows CE.NET

• 广泛应用• 与桌面操作系统的区别• 功能简介• 嵌入式设备与移动设备• 资源

4.1 广泛应用• 信息家电领域

– 网络冰箱、家庭网关、数字机顶盒等• 移动计算领域

–手机、掌上电脑、 PDA 等移动设备• 工业控制领域

4.2 与桌面操作系统的区别

• Windows桌面平台– 统一的平台，兼容大量的 APP– 限制硬件架构

• 可读，不贵

• Windows CE OS– 可以集成到多种平台的组件集合– 对于硬件有很大的灵活性，支持四种处理器架构

• X86• SH4• ARM• MIPS

4.3 功能简介• 从操作系统角度来看

–灵活的电源管理功能–良好的通信能力– 出色的图形用户界面– 多任务– 内置多媒体功能

• 从开发角度来看– 定制系统内核– 开发驱动程序– 导出 SDK– 编写应用软件– 源代码的共享

4.4 嵌入式设备与移动设备

• 嵌入式设备–缝纫机– 交通指挥灯– 提款机– HCAC 控制器

• 移动设备– PocketPC–智能手机– PDA–便携式音乐播放器

4.5 资源

• 共享代码信息–共享代码程序

• http://msdnprod/usewinemb/ce/sharedsrccode/ssrcintr/default.aspx

–共享代码初始化• http://msdnprod/embedded/usewinemb/ce/sh

aredsrccode/default.aspx

–也可以发 E-mail给• cesrc@microsoft.com• wemap@microsoft.com

更多的一些信息• 参加 WEMAP（Windows Embedded Acad

emic Program)– http://msdnprod/embedded/community/academic

/default.aspx• Windows Embedded Community

– http://msdn.microsoft.com/embedded/community/default.aspx

• Hardware Empowerment Program– http://msdnprod/embedded/community/academic

/collaboration/default.aspx• Windows Embedded Developer Center

– http://msdn.microsoft.com/embedded

有用的链接• Windows 嵌入式下载

– http://msdn.microsoft.com/embedded/downloads/default.aspx

–所有微软的下载• www.microsoft.com/downloads

参考书籍• Source Code Analysis of Windows CE.NET• 集成在核心教材中的一章或几章

– Survey of Operating Systems – McGraw-Hill Companies

– Advanced Concepts In Operating Systems – McGraw-Hill Companies

– Real-Time Programming: A Guide to 32-bit Embedded Development – Addison Wesley & Benjamin Cummings

– An Embedded Software Primer - Addison Wesley & Benjamin Cummings

– Introduction to Operating Systems - Addison Wesley & Benjamin Cummings