摘? 要: 通過分析原有WINCE啟動方法，提出一種BIOS直接啟動WINCE的方法，使用戶使用WINCE更加簡單。
關鍵詞: BIOS;Boot Loader;Wince;啟動
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Windows CE.NET是微軟公司向嵌入式領域推出的一款操作系統。它最大程度繼承了桌面版Windows操作系統的豐富功能，同時又賦予了許多新特性，以適應嵌入式領域的實際要求。無論是商業應用還是多媒體消費需求，都能被采用CE操作系統的設備輕松滿足。最新的.NET版本較之3.0版本，在實時性和穩定性上有大幅度提高，并廣泛地被平板電腦、數碼相機、彩屏手機、PDA等多種高性能產品所采用，同時工業控制中的用戶也在不斷增多。
1 WINCE啟動方法
????WINCE并不是一個通用的安裝版操作系統，在各種嵌入式硬件設備中，一款CE系統通常只會針對某一種硬件平臺生成。Boot Loader是定制Windows CE操作系統過程中一個重要的開發環節。在整個系統正常啟動后，Boot Loader通過不同的方式加載CE的內核文件nk.bin。當Boot Loader把nk.bin解壓到RAM后就把CPU控制權交給CE內核。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因為要代替BIOS完成平臺的初始化工作，需要CE開發者讀懂它的源碼并根據不同的平臺修改，難度比較大。對于MSDOS+Loadcepc，首先啟動到MSDOS，再執行loadcepc.exe，讓loadcepc加載nk.bin到內存，再把CPU控制權交給CE內核程序。這種方法需要DOS系統的支持。
1.1 BIOS Boot Loader啟動過程
這里著重介紹BIOS Boot Loader。它的引導順序是:系統上電后BIOS執行完硬件初始化和配置，然后檢查引導設備的啟動順序。如果引導設備是硬盤、CF卡、DOC(Disk-On-Chip)一類的存儲設備，則就加載這些存儲器上的主引導扇區(Master Boot Sector)中的實模式代碼到內存，并執行這些代碼。這里提到的代碼被稱為主引導記錄(MBR)。MBR首先在分區表(同樣位于主引導扇區)中尋找活動分區，如果存在活動分區，則加載位于這個活動分區的第一個扇區上的代碼到內存，然后執行這些代碼。這里提到的活動分區的第一個扇區被稱為引導扇區(Boot Sector)。引導扇區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分別為引導扇區文件和WINCE的加載文件。執行“mkdisk C:”批處理命令將這兩個文件寫到磁盤上。mkdisk會設置Boot Loader的隱藏屬性，這樣在列出根目錄下所有文件時不會顯示Boot Loader的文件。這種方法的優點是不需要DOS系統就可以直接啟動系統，這是一種常用的啟動WINCE的方法;缺點是需要通過專門的工具制作啟動盤，操作相對復雜，如果要更換不同的存儲設備，則都要進行這一系列的操作才能完成。具體引導過程如圖1所示。
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1.2 BIOS Boot Loader啟動代碼分析
通過上面的分析，BIOS Boot Loader的工作的過程已經清楚，下面分析啟動過程中需要的文件。
首先分析引導扇區(BootSector)文件Bsect.img。其主要包括一個引導程序和一個稱作BPB(Bios Parameter Block)的本分區參數記錄表。BPB表記錄著本分區的起始扇區、結束扇區、文件存儲格式、硬盤介質描述符、根目錄大小、FAT個數、分配單元的大小等重要參數。引導程序是Bsect.img的關鍵部分，通過“mkdisk C:”替換原有引導扇區的主要目的是改變引導程序。
下面是Bsect.img的BPB和引導程序的部分代碼，包括參數的傳遞以及控制權移交給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BPB表計算得出
????? MOV????? AX，WORD PTR [_7C3E+0DH]? ;根據BPB表計算得出
????? ;jump to bootloader image
????? DB?????? 00EAH
????? DW???????LOAD_ADDRESS????????????? ;BLDR.BIN 在內存中的地址0000:1000
????? DW???????0000H
2 WINCE啟動新方法
本文中介紹的方法是在BIOS Boot Loader基礎上改進而來，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的根目錄即可。
2.1 實現步驟
下面介紹這種方法的實現。BIOS的修改主要包括以下三個部分:
(1)把WINCE的加載程序BLDR.BIN存放到BIOS中。首先分配一個ID號，然后作為一個模塊添加到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啟動選項里增加WINCE啟動項。啟動過程中判斷用戶的設置，如果從WINCE啟動，則把BLDR模塊解壓后存放到某個內存空間中等待調用。
(3)修改BIOS INT19調用的過程。在INT19的服務程序中，當BIOS把磁盤的MBR讀入到內存0000:7C00之后取得控制權，把前面解壓后的BLDR轉移到內存0000:1000，通過讀取MBR的分區表信息(位置如圖2所示)查找當前磁盤活動分區。第一個字節為80H的是活動分區，然后讀取活動分區引導扇區的BPB表，參照Bsect.img中的方法把BLDR所需的四個參數準備好，最后移交控制權到BLDR。
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2.2 啟動過程及結果
經過這樣修改以后，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，記錄時間為系統上電到BLDR開始加載NK.BIN。
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3 實際應用
目前研祥的多款主板的BIOS都支持此種功能，在BIOS的設置中有一個選項來選擇是否從WINCE啟動。在使用其他系統時選擇“disable”，便可以從其他系統正常啟動;使用WINCE時選擇“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根目錄，系統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，如Linux等。
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參考文獻
[1] 張冬泉.Windows CE實用開發技術.北京:電子工業出版社，2006.
[2] 陳文欽.BIOS研發技術剖析.北京:清華大學出版社，2001.
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