適用于Windows CE 6.0操作系統(tǒng)的Multi-bin技術(shù)解析

　Windows CE是微軟推出的一款32位的嵌入式操作系統(tǒng)。它具有良好的多媒體功能和友好的人機交互界面，支持PowerPC、X86、ARM和MIPS等多個系列處理器的體系結(jié)構(gòu)，并為所支持的處理器提供完善的系統(tǒng)庫［1］。它還提供了完善的設(shè)備驅(qū)動程序和軟件開發(fā)包，大大縮短了開發(fā)周期，節(jié)約了電子智能產(chǎn)品的上市時間。在這些產(chǎn)品開發(fā)過程中，系統(tǒng)啟動時間的時延是影響客戶體驗（QoE）的重要因素。啟動速度受很多因素的影響，包括定制系統(tǒng)鏡像文件的大小、系統(tǒng)內(nèi)核加載驅(qū)動的多少、內(nèi)存占用的大小等。為了減少系統(tǒng)啟動時延，目前比較流行的做法是在Bootloader中添加LOGO啟動畫面，從而在視覺上降低客戶的時延感受［2］。從本質(zhì)上講，這種方法并沒有從根本上減少系統(tǒng)的啟動時延，僅僅是從視覺的角度轉(zhuǎn)移了客戶的注意力。
　　本文在分析Windows CE 6.0系統(tǒng)啟動過程的基礎(chǔ)上，設(shè)計了一種在Bootloader中實現(xiàn)BinFS文件系統(tǒng)進而完成Multi-bin加載的方法，從而真正達到縮短啟動時間的效果，同時還為用戶節(jié)省了大量的內(nèi)存空間。實驗結(jié)果表明，該方法性能穩(wěn)定，可移植性強，并已經(jīng)應(yīng)用到一款基于Samsung 2440處理器的IPTV手持式測試儀系統(tǒng)上。
　　1 Windows CE系統(tǒng)啟動過程
　　Windows CE系統(tǒng)啟動過程如圖1所示。
　　
　　在Windows CE操作系統(tǒng)中，當(dāng)基于Windows CE的目標(biāo)設(shè)備上電啟動或者復(fù)位時，系統(tǒng)首先加載并運行Bootloader程序，Bootloader程序進行必要的硬件初始化，然后通過Bootloader再加載并啟動操作系統(tǒng)內(nèi)核映像。啟動操作系統(tǒng)內(nèi)核的過程實際上就是加載并運行OAL（OEM Adaptation Layer）程序的過程。OAL是Windows CE操作系統(tǒng)內(nèi)核的重要組成部分，OAL并不能被單獨加載并運行，它最終被編譯進操作系統(tǒng)內(nèi)核，從而通過操作系統(tǒng)內(nèi)核存在并發(fā)揮作用，操作系統(tǒng)的啟動過程就是一個加載并運行OAL程序的過程［3］。
　　系統(tǒng)從啟動加載內(nèi)核映像文件到最后的顯示桌面會有一段時間，這個時間段就是通常所說的啟動時延。通常情況下為10 s~13 s。為了縮短這段時延，可以將系統(tǒng)映像分為多塊，將系統(tǒng)核心啟動部分的內(nèi)容放到內(nèi)存中，其他部分放到固態(tài)存儲器（如Nand Flash）中，使用BINFS文件系統(tǒng)讀出。即在系統(tǒng)啟動過程中，先加載操作系統(tǒng)內(nèi)核映像的核心部分，而操作系統(tǒng)內(nèi)核映像的其他部分仍然駐留在Nand Flash中，需要時再從Nand Flash中進行加載，從而大大減少開機讀取系統(tǒng)的時間。同時，也不再需要為操作系統(tǒng)預(yù)留全尺寸的內(nèi)存空間，而只需預(yù)留最小開機核心部分的內(nèi)存空間，剩下的作為通用內(nèi)存空間。這樣就使得操作系統(tǒng)內(nèi)存的使用有了很大靈活性，同時可用系統(tǒng)內(nèi)存大大增加。從而，在根本上達到了按需加載系統(tǒng)模塊到內(nèi)存的要求。這就是所謂的Multi-bin技術(shù)。
　　2 Windows CE .bin鏡像文件解析與下載
　　由Windows CE的開發(fā)工具Platform Build編譯生成的Windows CE操作系統(tǒng)及Bootloader的鏡像文件主要有兩種格式類型：以.bin為文件名后綴的記錄型鏡像文件和以.nb0為后綴的原始型（raw）鏡像文件。前者以記錄（Record）為單位組織鏡像的數(shù)據(jù)，后者則是鏡像在嵌入式系統(tǒng)中運行時的二進制數(shù)據(jù)快照。其中，.bin文件是一個描述性質(zhì)的鏡像文件，它由文件頭（Head）、鏡像數(shù)據(jù)目的起始地址（ImageStart）、鏡像數(shù)據(jù)長度（ImageLength）和多條相對獨立的記錄（Record）構(gòu)成。本文以實現(xiàn)Multi-bin的操作系統(tǒng)xip.bin為例進行分析，使用UltraEdit將其打開，如圖2所示。
　　
　　從圖2可以看出，文件頭（head）由7個字節(jié)組成，內(nèi)容是：42 30 30 30 46 46 0A，即“B000FF\x0A”，這是判斷鏡像文件是.bin類型的依據(jù)。鏡像數(shù)據(jù)目的起始地址（ImageStart，00 00 07 80）由4個字節(jié)組成，它定義了鏡像文件解析后裝載在內(nèi)存中的起始地址是0x80070000。鏡像數(shù)據(jù)長度（ImageLength，68 07 13 02）也由4個字節(jié)組成，它表示.bin鏡像文件解析后在內(nèi)存中占用的總的存儲空間大小為（0x02130768）。每條記錄（Record）由4字節(jié)的起始存儲地址（RecordStart）、4字節(jié)的數(shù)據(jù)長度（RecordLength）、4字節(jié)的校驗碼（RecordCheckSum）和RecordLength個字節(jié)的記錄數(shù)據(jù)（RecordData）組成。以第一條記錄（陰影部分）為例，分別為0x80070040、0x00000008、0x000001E3和0X8007004C434543454。