WinCE啟動失敗原因與解決辦法

本文通過一個真實的嵌入式項目進行說明。文中的嵌入式系統用的是arm處理器+WinCE平臺，項目的目的是要把WinCE平臺從舊版本移植到WinCE6.0平臺上。但結果是這個WinCE系統在啟動的時候經常會出現失敗，而且每次失敗的原因都莫明其妙和不盡相同。這使到我們開發(fā)團隊每個人在啟動WinCE系統時都心驚肉跳，非常擔心系統又再一次出現讓人意想不到的失敗。這種頻繁的啟動失敗對開發(fā)團隊來說顯然是一種讓人難以忍受的折磨。

　　為什么會出現這種情況呢?經過幾個晚上通宵達旦的加班分析和研究，原來主因是系統的引導過程、內核加載過程、OAL啟動過程和硬件驅動加載過程時都存在可能導致的失敗的隱憂。本文通過對以上因素進行分析，并提出相應的解決辦法。但由于WinCE啟動失敗會非常取決于硬件平臺，因此在具體應用時需要綜合考慮和分析。

　　一.什么是WinCE啟動過程?

　　WinCE系統在啟動時一般需要三個基本元素：引導初始化、內核加載和OAL初始化等。它們的作用是要完成引導過程的初始化和操作系統執(zhí)行環(huán)境的初始化。其中引導初始化是由引導工具BootLoader完成，主要是完成板級、片級的初始化。例如，通過設置寄存器來完成硬件的初始化，如設置時鐘、設置中斷控制寄存器、完成內存映射和初始化MMU的工作方式等。內核加載是指將操作系統內核映像從只讀存儲器加載或者拷貝到系統的RAM中并執(zhí)行。OAL(OEM Adaption Layer，即原始設備制造商適配層)是位于操作系統的內核與硬件之間的適配層，也是連接系統內核與硬件的樞紐，它具有屏蔽硬件設備細節(jié)以及抽象硬件功能的作用。而OAL初始化則是指通過一組函數來體現出0AL屏蔽和抽象硬件設備的作用。

　　此外，如果要WinCE系統成為完整的操作系統，還得加上硬件驅動程序、硬件接口程序和應用程序組。因此，即使在一個簡單的嵌入式系統里，WinCE系統啟動時是需要加載內核和加載許多組件或驅動程序。

　　現在讓我們來看看WinCE系統在啟動時調用函數的順序：①CPU執(zhí)行引導向量，跳轉到硬件初始化代碼，即Startup函數。②在start up函數完成最小硬件環(huán)境初始化后跳轉到KernelStart函數，來對內核進行初始化。③Kernelstart函數調用OEMInitDebugSerial完成對調試串口的初始化;同時調用0EMInit函數來完成硬件初始化工作以及設置時鐘、中斷;最后，調用OEMGetExtensionDRAM函數來判斷是否還有另外一塊DRAM。至此，內核加載完畢。由此可見，WinCE系統啟動的重中之重是Startup函數的正確加載，如果這個Startup函數調用失敗，則會使到系統在啟動頻繁出錯。WinCE啟動時調用函數順序如下圖所示:

　　因此，WinCE啟動失敗可能會存在于引導初始化失敗、內核加載失敗、0AL函數初始化失敗、驅動程序加載失敗、組件加載失敗和應用程序加載失敗。也就是說，WinCE啟動失敗一方面可能是在Startup函數的處理上，例如引導初始化和OAL初始化。另一方面還存在于驅動程序和組件自啟動的失敗上，例如基本的驅動程序、注冊表配置或自運行的程序等。

　　就不能被使用。所以，當注冊表在啟動時加載錯誤或者注冊表配置有錯誤時，也是會導致WinCE系統啟動失敗的。

　　二.導致WinCE啟動失敗的主因分析

　　Windows CE在啟動時為什么會失敗呢?這個問題也一直讓我頭痛。因為Windows CE啟動失敗既有軟件因素，也有硬件因素。例如，可能是WinCE的啟動引導過程有問題、也許是內核加載時有問題、也許是OAL函數調用的隱性問題或者硬件設備本身的問題造成的。所以，解決起來比較麻煩和比較耗時間，也是最讓我們頭疼的事情。

　　一般來說，解決和分析WinCE啟動失敗有一個原則，就是先軟后硬的原則，也就是說要先分析軟件因素再到硬件因素。本文主要是在arm微處理器和Windows CE 6.0平臺上進行分析軟件因素造成的失敗。

　　(1)引導程序BootLoader導致的失敗

　　在Windows CE系統中，整個系統的加載啟動任務由BootLoader來完成，BootLoader是在WinCE內核運行之前運行的一段小程序。通過這段小程序，可以初始化硬件設備、建立內存空間的映射圖和初始化MMU等。從而將系統的軟硬件環(huán)境帶到一個合適的狀態(tài)，為調用操作系統內核準備好環(huán)境。因此，只有在引導程序正確的完成自己的任務后，才會將控制權移交給內核。

　　在WinCE平臺上，引導裝載程序是在硬件上執(zhí)行的第一段代碼，通常將引導程序放置在不易丟失的存儲器的開始地址或者是系統冷啟動時PC寄存器的初始值。如果這段小程序代碼編寫錯誤，則系統無法完成第一步的引導操作，這是導致啟動系統失敗的第一個因素。

　?、貰ootLoader初始化硬件失敗

　　BootLoader第一個功能是要實現板級和片級初始化硬件，主要是把CPU初始化到一已知狀態(tài)。在BootLoader目錄下，會發(fā)現一些.s文件，可能會是init.s或者是reset.s等，這樣的文件是CPU加電后最先執(zhí)行的代碼。StartUp 函數是BootLoader的入口函數。該函數一般是使用匯編語言編寫，與CPU關系非常緊密，能完成初始化CPU、內存等核心硬件。然后，BootLoader在平臺初始化完畢后就可以在不用人工干預的情況下自動加載WinCE內核了。但如果BootLoader在初始化硬件時失敗，就會直接導致系統的啟動失敗了。

　?、贐ootLoader加載內核時失敗

　　一般在平臺調試完畢后，BootLoader就會加載WinCE內核映像，這也是BootLoader的功能之一。WinCE內核映像文件通常叫做nk.bin，它是Windows CE二進制數據格式文件，不僅包含了有效的程序代碼，還有按照一定規(guī)則加入的控制信息。

　　在系統啟動時BootLoader可以通過兩種不同的方式來加載WinCE內核文件nk.bin。一種是下載模式，另一種是本地啟動模式。本地啟動模式也稱為自主模式，即 BootLoader 從目標機上的某個固態(tài)存儲設備上將操作系統加載到 RAM 中運行，整個過程并沒有用戶的介入。而下載模式則是目標機上的 BootLoader 將通過串口連接或網絡連接等通信手段從主機(Host)下載文件。當BootLoader正確的把nk.bin解壓到RAM后，就會把CPU控制權交給CE內核。因此，如果Boot Loader處理不當，就可能會造成加載和解壓nk.bin文件的失敗，這樣自然也就會造成系統啟動的失敗了。

　　(2)OAL導致的啟動失敗

　　OAL(OEM Adaptation Layer)是指OEM 適配層，它是位于Windows CE內核和硬件之間的一層適配層，是OAL各個模塊代碼被編譯后(.lib)和其它內核庫鏈接到一起形成Windows CE的內核可執(zhí)行文檔NK.EXE。OAL包括了和系統硬件通訊的最底層代碼，內核是通過OAL跟硬件進行交互。邏輯上，OAL是介于CE內核和設備硬件之間的一個代碼層，是一個抽象的概念。物理上，OAL和其它一些庫一起鏈接成可執(zhí)行文件。

　　與以前的Win CE舊版本不同的是，在Win CE 6.0中內核(Kenerl)和OEM代碼被分成oal.exe、kernel.dll和kitl.dll三個部分，其中啟動代碼(startup)和 OAL層的實現部分不再與內核鏈接生成NK.exe，取而代之的是啟動代碼(startup)和硬件相關且獨立于內核的OAL層的實現部分編譯成 oal.exe;而與內核相關且獨立于硬件的OAL層代碼包含在kernel.dll中，內核無關傳輸層(KITL)的支持代碼從OAL層分離出來編譯成 kitl.dll。因此，WinCE6.0的啟動只與oal.exe和kernel.dll有關。至于kitl.dll，只有將操作系統編譯成具有 KITL功能時才用到。這樣做的好處是可以單獨升級OAL，但整體的OAL結構并沒有改變。