基于S3C2440A的Windows CE系統(tǒng)快速啟動(dòng)方案

0 引言
微軟的Windows CE系統(tǒng)是被廣泛使用的嵌入式系統(tǒng)之一。在產(chǎn)品的研究開(kāi)發(fā)中，一些嵌入式操作系統(tǒng)的啟動(dòng)速度所花時(shí)間比較長(zhǎng)，Wind-ows CE也不例外。由于各種因素的影響，有些情況下啟動(dòng)甚至超過(guò)1 min。而在實(shí)際的嵌入式電子產(chǎn)品中客戶(hù)需要體驗(yàn)一個(gè)極速爽快而又穩(wěn)定的系統(tǒng)，避免長(zhǎng)時(shí)間等待。因此，如何快速啟動(dòng)Windows CE系統(tǒng)是一個(gè)很重要的內(nèi)容。本文將基于三星公司的S3C2440A處理器和Windows CE
系統(tǒng)，分析Windows CE的啟動(dòng)原理和影響其啟動(dòng)速度的原因，給出加快啟動(dòng)的方案。

1 Windows CE的啟動(dòng)過(guò)程
一般嵌入式系統(tǒng)的引導(dǎo)過(guò)程如圖1所示。其中引導(dǎo)加載程序(BootLoader)是系統(tǒng)加電后運(yùn)行的第一段代碼，主要是通過(guò)設(shè)置寄存器初始化硬件的工作方式，如設(shè)置時(shí)鐘、中斷控制寄存器等，完成內(nèi)存映射、初始化MMU等。其次是系統(tǒng)執(zhí)行環(huán)境的初始化，將系統(tǒng)內(nèi)核(Kernel)和應(yīng)用程序的映像從只讀存儲(chǔ)器加載或拷貝到系統(tǒng)的RAM中執(zhí)行，完成系統(tǒng)內(nèi)核的加載以及應(yīng)用程序的啟動(dòng)等。

1．1 BootLoader的啟動(dòng)
BootLoader是在操作系統(tǒng)內(nèi)核運(yùn)行之前運(yùn)行的一段小程序，它可以初始化硬件設(shè)備、建立內(nèi)存空間的映射圖，從而將系統(tǒng)的軟硬件環(huán)境帶到一個(gè)合適的狀態(tài)，為調(diào)用操作系統(tǒng)內(nèi)核準(zhǔn)備好環(huán)境。引導(dǎo)程序完成自己的任務(wù)后，就將控制權(quán)移交給內(nèi)核。通常引導(dǎo)程序是放置在不易丟失的快閑存儲(chǔ)器的開(kāi)始地址或者是系統(tǒng)冷啟動(dòng)時(shí)PC寄存器的初始值。
1．2 內(nèi)核啟動(dòng)時(shí)加載過(guò)程
BootLoader按照Windows CE啟動(dòng)方式的不同可分為2大類(lèi)：下載模式和啟動(dòng)加載模式。當(dāng)BootLoader把nk．bin解壓到RAM后就把CPU控制權(quán)交給Windows CE內(nèi)核。
啟動(dòng)加載模式是BootLoader的正常加載模式，BootLoader從存儲(chǔ)介質(zhì)將操作系統(tǒng)加載到RAM中，并從RAM中啟動(dòng)運(yùn)行操作系統(tǒng)。該過(guò)程并沒(méi)有用戶(hù)的介入。
下載模式則是BootLoader從開(kāi)發(fā)工作站下載操作系統(tǒng)映像文件到目標(biāo)設(shè)備的RAM，然后再將它寫(xiě)到目標(biāo)設(shè)備的FLASH等存儲(chǔ)介質(zhì)中。該過(guò)程要通過(guò)串口線或網(wǎng)絡(luò)連接等通信手段從主機(jī)(Host)下載文件。因此，不同的加載模式會(huì)直接影響內(nèi)核啟動(dòng)加載時(shí)間。

2 影響Windows CE啟動(dòng)速度的主要因素
影響系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)間的因素可以從系統(tǒng)本身和硬件2個(gè)方面考慮。
2．1 系統(tǒng)加載
系統(tǒng)在啟動(dòng)時(shí)涉及到BootLoader、內(nèi)核加載、初始化進(jìn)程、硬件的驅(qū)動(dòng)程序和接口程序以及應(yīng)用程序組等。因此Windows CE啟動(dòng)速度要與引導(dǎo)程序初始化時(shí)間、內(nèi)核加載時(shí)間、硬件驅(qū)動(dòng)的加載時(shí)間、應(yīng)用程序的加載時(shí)間等有著直接的關(guān)系。
2．2 硬件
顯然，CPU的頻率及效率、內(nèi)存的大小及類(lèi)型等直接影響著系統(tǒng)的啟動(dòng)速度。例如ARM7和ARM9對(duì)運(yùn)行系統(tǒng)的速度是明顯不一樣的，另外，內(nèi)存方面選擇NoR FLASH還是NAND FLASH其也會(huì)對(duì)啟動(dòng)速度有一定的影響。

3 Windows CE快速啟動(dòng)的方案
快速啟動(dòng)Windows CE的方案大致有下面幾種。由于實(shí)驗(yàn)條件的限制，本文主要討論內(nèi)核體積、使用Multi-bin技術(shù)、串口打印輸出、不同注冊(cè)表形式對(duì)啟動(dòng)速度的影響。
3．1 使用合理的閃存和選擇適當(dāng)?shù)腤indows CE內(nèi)核的運(yùn)行方式
當(dāng)前應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)的FLASH從制作工藝角度講主要分為2種：NOR FLASH與NANDFLASH。NOR的特點(diǎn)是芯片內(nèi)執(zhí)行(Execute In Place，XIP)，這樣應(yīng)用程序可以直接在NOR FLASH中直接運(yùn)行，而無(wú)需再把代碼讀到系統(tǒng)的RAM中，但是很低的寫(xiě)入和擦除速度大大影響了它的性能。NAND結(jié)構(gòu)能提供極高的單元密度，可以達(dá)到高存儲(chǔ)密度，并且寫(xiě)入和擦除的速度也很快，但在使用時(shí)必須先寫(xiě)入驅(qū)動(dòng)程序，而且，由于不能向壞塊寫(xiě)入，這就需要在NAND FLASH上自始自終都必須進(jìn)行虛擬映射，可能會(huì)產(chǎn)生額外的時(shí)間花費(fèi)。因此，選擇不同閃存對(duì)啟動(dòng)速度有一定的影響。
也正因?yàn)樯厦?種閃存的特點(diǎn)不同，Windows CE的運(yùn)行方式直接與它們有關(guān)，可以分為2類(lèi)，一是在NOR FLASH上直接運(yùn)行，二是用NAND FLASH來(lái)存儲(chǔ)，再加載到內(nèi)存中運(yùn)行。前者把內(nèi)核的可執(zhí)行映像燒寫(xiě)到FLASH上，可以實(shí)現(xiàn)XIP；而后者是先把內(nèi)核的壓縮文件放在FLASH上，啟動(dòng)時(shí)先解壓，再執(zhí)行。因此，在NOR FLASH上直接運(yùn)行會(huì)速度更快。