基于MIPS的Win CE多媒体操作系统的研究

　　摘要：本文介绍了MIPS处理器、MIPS嵌入式系统下Windows CE的BootLoader引导模式,以及Windows CE嵌入式操作系统及其系统定制和调试工具Platform. Builder。提出了定制具有多媒体功能的新内核并到开发板的方案,详细论述了本方案中BootLoader的烧写以及NK.bin的。构建了一个高性能,低功耗,可靠性高的特制的应用于多媒体的Windows CE嵌入式系统。

　　0 前言

　　嵌入式技术是21世纪生命力的新技术之一，经过近几年的快速发展，已经成为电子信息产业中增长力的一个分支，随着手机、掌上电脑、GPS、电视机顶盒、高清播放器等新兴产品的大量应用，展现了嵌入式技术的活力，其中高清播放类的多媒体产品越来越多的应用，本项目将根据具体的硬件来定制对应兼容的Windows CE操作系统。由于MIPS内核处理器具有体积小、高性能、低功耗、低成本等一系列优点，而且微处理器SMP8*的内核具有高清解码芯片，所以本项目采用基于32位MIPS核的微处理器SMP8*与Windows CE相结合共同构建了一个多媒体嵌入式系统。特别目前网络已经遍及千家万户，人们可以很方便的使用网络，如果多媒体播放器具备网络传输播放高清视频的功能，将能够大大的拓展多媒体播放器的用途。

　　1 嵌入式Windows CE多媒体操作系统的硬件平台概述

　　（1）MIPS微处理器

　　MIPS是世界上很流行的一种RISC处理器。MIPS的意思是“无内部互锁流水级的微处理器”（Microprocessor without interlocked piped stages），其机制是尽量利用软件办法避免流水线中的数据相关问题。MIPS微处理器是目前仅次于ARM的用的多的处理器之一，其应用覆盖了游戏机，路由器，激光打印机及掌上电脑等方面。

　　SMP8*是Sigma Designs公司推出的新一代功能强大的SoC芯片，其CPU内核是由MIPS公司设计的MIPSII RISC处理器核。SMP8*高清芯片包含了一块mips 300MHZ的CPU，两个解码芯片，可以同时解码两路高清。多用于高清解码和数字机顶盒等产品上。本方案选用该处理器就是由于其视频，图像处理能力强大。

　　（2） 基于MIPS 核的微控制器SMP8*系统存储器

　　系统存储器主要有NOR FLASH和SDRAM 两大部分组成。本系统采用了64M的NOR FLASH和256M的DRAM。

　　（3） 系统扩展功能模块

　　因为是开发多媒体播放器，其扩展的功能模块都是根据视频解码得输入输出需求来扩展的，具体的见硬件原理图（1）。

　　2 嵌入式Windows CE 系统定制概述

　　（1）为什么要用Windows CE 系统

　　嵌入式操作系统目前有几种，像Linux，VxWorks，PalmOS，Neculeus 等。这些嵌入式操作各自有其特点，本项目选择Windows CE 是因为多媒体产品一般都是大众消费类产品，这就要求操作系统要美观，易操作；大家习惯了台式电脑上的Windows 操作系统，而WindowsCE 与Windows 操作起来比较接近，让初次使用者容易很快上手。Windows CE 操作系统也有其不足的地方，如源码未完全开发，版权费等都是需要考虑到的问题。在本项目中综合考虑终选择了Windows CE 操作系统。

　　（2）内核定制平台 Platform. Builder 的安装与升级

　　Windows CE 具有组件可定制性，可以根据项目的需要定制所需的组件。我们采用的是Platform. Builder4.0 版本。在装有Windows XP SP2 系统的开发机上安装好Platform. Builder。接着就要配置成多媒体的操作系统，这就必须到微软的网站升级包。在本项目中，相应的我们选择了07 年和08 年全年升级包，同时还要两个多媒体包并安装好升级包。接着安装此开发板的BSP ， 再将BSP 相应的.CEC 文件拷贝到“\WINCE500\PUBLIC\COMMON\OAK\CATALOG\CEC”目录中，这样在PB 的配置组件目录中将会有第三方组件选择的条目。

　　（3） BootLoader

　　BootLoader 目前用的比较多的是U-Boot，而且U-Boot 也支持MIPS 架构，但是我们这里采用MIPS 公司开发的YAMON。由于用YAMON 作为BootLoader 的比较少，下面就详细分析如何通过YAMON 将程序下到开发板的flash 中去，如果我们想要将文件“file0.bin”写入flash 中的地址0 位置：

　　a、通过x86 linux 中的uuencode 命令将.bin 文件转换成.bin.uuencode 文件>uuencode file0.bin x > file0.bin.uuencode

　　b、在YAMON 中输入命令：YAMON>load uu 0xb0100000

　　C、到此，YAMON 是一直等待来自串口的文件，使用TeraTerm，选择“File->Send File”，将“file0.bin.uuencode”文件通过串口发至SMP8* 开发板上。

　　d、当完成以后，接收到的文件大小会在YAMON 中给出。

　　e、比较中的文件和file0.bin 文件的大小是否一致。

　　在做这项工作时应该非常的仔细，如果中间过程出问题，可能会将YAMON 损坏并使目标板不能启动。在这步完成后就开发机可以通过串口线来和目标板进行通信了。

　　（4）嵌入式多媒体操作系统Windows CE 组件定制

　　根据硬件扩展模块，必须为操作系统添加新的组件，而该组件已经在前面的多媒体升级包中一起添加到了Platform. Builder 开发平台上。

　　该操作系统应具有如下特征： GDI 输出；DirectDraw 的DDI 支持；HD GDI 和Video 的输出，LVDS 输出；IR 控制，COM 串口输入，IIC，mini-PCI；硬盘，USB 存储设备；以太网，RTL8139 和SMP8* MAC ETH 两个设备，TCP/IP；视频解码；图形解码，硬件JPEG 解码；系统WAV 音频输出；网络多媒体支持；Web 服务器等。以上组件都是在定制中添加的，确定好这些组件就可以进行系统的定制了，首先运行Platform. Builder 工具，建立一个新的工程，选择“SMP863X:MIPSII”BSP,在工程模板中选择“Networked Media Device”,接下来就可以按照需求来选择组件定制操作系统。在配置完成后，添加了KERNELNOSHAREETH，BSP_NOSHAREETH，BSP_KEYBD_NOP，BSP_SMP863X_IR 四个环境变量，并将环境变量的值全部设定为1。完成此步骤后，运行菜单中的“Build OS->Build and Sysgen”生成NK.bin 文件。但是此时的操作系统还不支持多媒体， 必须将多媒体包添加到文件夹“WINCE500\PBWorkspace\(工程名)\SMP863X_MIPSII_Release”中。

　　为了使多媒体包的文件生效还必须分别修改platform.bib ， config.bib 以及platform.reg 注册表文件。首先修改platform.bib 文件， 在“ ； @CESYSGEN IF　CE_MODUELS_DEVICE”这行加入KdbNopUS.dll，capsrc863x.dll 等多媒体包里的dll 文件的设置,该项设置主要是在编译操作系统的时候，编译器可以自动的找到这些dll 文件，并将其一起编译进系统中，格式如下：

　　此两文件修改完后保存退出。而platform.reg 则根据添加的多媒体包添加相应的设置，具体略过。三个文件修改完成后，运行“Build OS---Make Run-Time Image”菜单命令，可生成新的nk.bin 文件，具有多媒体特征的系统配置完成。

　　3 内核文件NK.bin 的

　　（１） 配置网络

　　要通过以太网Windows CE 运行时映像，还要配置以太网网络连接。可通过ＨＵＢ连接开发机与目标机，如图（2）所示。把目标机与开发机都连接到ＨＵＢ上。如果这样配置网络，通常同一网段内还会有一个ＤＨＣＰ服务器。这样，目标板就可以通过ＤＨＣＰ服务获得ＩＰ地址，进行。由于在过程中，通常要开发机上的终端程序通过串口连接目标板，对过程进行控制，同时输出调试信息。Windows 上自带了终端工具“超级终端”。超级终端可以用串口连接开发机与目标板，并且通过超级终端发送控制命令。

　　（２） 运行映像

　　网络配置好后，在超级终端上按任意键可以进入设置菜单。选择好相应的设置后，退出菜单，这时候网络已经连接好了。打开Platform. Builder 菜单上的“Target->ConnectivityOptions…”设定好，传输设置后，在运行“Target->Attach Device”,此时开发机开始将编译好的NK.bin 文件到目标板上。当完成后，目标板的屏幕上将会显示出漂亮的Windows CE 界面。至此，整个系统构建完成。

　　4 结束语：

　　本文主要介绍了嵌入式MIPS 微处理器的SMP8* 开发板的硬件平台架构和Windows CE 操作系统的定制与移植。经过实验证明，Windows CE 操作系统能够很好的在此开发板上运行及调试。在该套软硬件设备上开发出各种应用程序后，就形成了一个完善的多媒体产品了。本文的创新点是在目前网络应用的高速发展下，本系统不仅能播放硬盘等存储介质中的多媒体文件，还可以接入网络播放视频图片等，能更好的共享网络上数量丰富的高清视频，图片等信息，这些优势使其在消费类产品中的应用前景将会非常广阔。

  

参考文献:

[1]. RISC datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/RISC_1189725.html.
[2]. LVDS  datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/LVDS+_457917.html.
[3]. IR  datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/IR+_1064069.html.
[4]. COM  datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/COM+_1118194.html.
[5]. RTL8139  datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/RTL8139+_586301.html.