基于S3C2440A的Windows CE系統快速啟動方案

0 引言
微軟的Windows CE系統是被廣泛使用的嵌入式系統之一。在產品的研究開發中，一些嵌入式操作系統的啟動速度所花時間比較長，Wind-ows CE也不例外。由于各種因素的影響，有些情況下啟動甚至超過1 min。而在實際的嵌入式電子產品中客戶需要體驗一個極速爽快而又穩定的系統，避免長時間等待。因此，如何快速啟動Windows CE系統是一個很重要的內容。本文將基于三星公司的S3C2440A處理器和Windows CE
系統，分析Windows CE的啟動原理和影響其啟動速度的原因，給出加快啟動的方案。

1 Windows CE的啟動過程
一般嵌入式系統的引導過程如圖1所示。其中引導加載程序(BootLoader)是系統加電后運行的第一段代碼，主要是通過設置寄存器初始化硬件的工作方式，如設置時鐘、中斷控制寄存器等，完成內存映射、初始化MMU等。其次是系統執行環境的初始化，將系統內核(Kernel)和應用程序的映像從只讀存儲器加載或拷貝到系統的RAM中執行，完成系統內核的加載以及應用程序的啟動等。

1．1 BootLoader的啟動
BootLoader是在操作系統內核運行之前運行的一段小程序，它可以初始化硬件設備、建立內存空間的映射圖，從而將系統的軟硬件環境帶到一個合適的狀態，為調用操作系統內核準備好環境。引導程序完成自己的任務后，就將控制權移交給內核。通常引導程序是放置在不易丟失的快閑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。
1．2 內核啟動時加載過程
BootLoader按照Windows CE啟動方式的不同可分為2大類：下載模式和啟動加載模式。當BootLoader把nk．bin解壓到RAM后就把CPU控制權交給Windows CE內核。
啟動加載模式是BootLoader的正常加載模式，BootLoader從存儲介質將操作系統加載到RAM中，并從RAM中啟動運行操作系統。該過程并沒有用戶的介入。
下載模式則是BootLoader從開發工作站下載操作系統映像文件到目標設備的RAM，然后再將它寫到目標設備的FLASH等存儲介質中。該過程要通過串口線或網絡連接等通信手段從主機(Host)下載文件。因此，不同的加載模式會直接影響內核啟動加載時間。

2 影響Windows CE啟動速度的主要因素
影響系統啟動時間的因素可以從系統本身和硬件2個方面考慮。
2．1 系統加載
系統在啟動時涉及到BootLoader、內核加載、初始化進程、硬件的驅動程序和接口程序以及應用程序組等。因此Windows CE啟動速度要與引導程序初始化時間、內核加載時間、硬件驅動的加載時間、應用程序的加載時間等有著直接的關系。
2．2 硬件
顯然，CPU的頻率及效率、內存的大小及類型等直接影響著系統的啟動速度。例如ARM7和ARM9對運行系統的速度是明顯不一樣的，另外，內存方面選擇NoR FLASH還是NAND FLASH其也會對啟動速度有一定的影響。

3 Windows CE快速啟動的方案
快速啟動Windows CE的方案大致有下面幾種。由于實驗條件的限制，本文主要討論內核體積、使用Multi-bin技術、串口打印輸出、不同注冊表形式對啟動速度的影響。
3．1 使用合理的閃存和選擇適當的Windows CE內核的運行方式
當前應用于嵌入式系統的FLASH從制作工藝角度講主要分為2種：NOR FLASH與NANDFLASH。NOR的特點是芯片內執行(Execute In Place，XIP)，這樣應用程序可以直接在NOR FLASH中直接運行，而無需再把代碼讀到系統的RAM中，但是很低的寫入和擦除速度大大影響了它的性能。NAND結構能提供極高的單元密度，可以達到高存儲密度，并且寫入和擦除的速度也很快，但在使用時必須先寫入驅動程序，而且，由于不能向壞塊寫入，這就需要在NAND FLASH上自始自終都必須進行虛擬映射，可能會產生額外的時間花費。因此，選擇不同閃存對啟動速度有一定的影響。
也正因為上面2種閃存的特點不同，Windows CE的運行方式直接與它們有關，可以分為2類，一是在NOR FLASH上直接運行，二是用NAND FLASH來存儲，再加載到內存中運行。前者把內核的可執行映像燒寫到FLASH上，可以實現XIP；而后者是先把內核的壓縮文件放在FLASH上，啟動時先解壓，再執行。因此，在NOR FLASH上直接運行會速度更快。