Wojskowa Akademia Techniczna im. J. Dąbrowskiego Technika mikrokomputerowa Parametry konfiguracyjne sytemu Windows CE Wykonał: Mirosław Lewandowski Grupa: I4X2S0 1
1. Wstęp Windows CE po raz pierwszy został opublikowany 26-06-1997 roku. Jest to system operacyjny opracowany przez firmę Microsoft dedykowany dla urządzeń przenośnych oraz zastosowań wbudowanych. Nie istnieje jednoznaczna definicja co oznacza skrót CE 1. Przyjęło się tłumaczyć go jako Compact Edition (Wersja kompaktowa) lub Consumer Electronics (Elektronika konsumencka). Od czasu pierwszej edycji kod źródłowy został dwukrotnie napisany od podstaw, trzecia generacja ukazała się w listopadzie 2006 roku. Jest on opracowany z myślą aby sprostać jak największej ilości moŝliwym zastosowaniom. Jest kompatybilny z procesorami zarówno rodziny x86 (stosowanych w komputerach osobistych które mają duŝe zapotrzebowanie na energię), ARM (stosowanych w telefonach komórkowych), MIPS czy SH. Co oznacza Ŝe w praktyce moŝe on zostać zainstalowany nawet na kalkulatorze. Jądro najnowszej edycji systemu w wersji 6.0 jest typu hybrydowego. Zajmuje około 300Kb, a jego źródła są dostępne na zasadzie licencji Microsoft EULA. Twórcy nowej architektury oddali nam dosyć duŝe moŝliwości. Przykładowo, poprzednie edycje systemu obsługiwały 32 procesy z pamięcią 32Mb kaŝdy. Nowa wersja pozwala obsłuŝyć jednocześnie 32768 procesów z pamięcią po 2GB kaŝdy. W niniejszym referacie omówię parametry konfiguracyjne jakie moŝemy wykorzystać aby lepiej przystosować system do naszych potrzeb. Budowanie obrazu zostanie przeprowadzone z wykorzystaniem systemu Windows CE 6.0 oraz narzędzia Platform Builder. 2. Środowisko DuŜą zaletą w stosunku do innych rozwiązań Microsoft była zawsze dostępność duŝej ilości kodu systemu, w wersjach dla róŝnych architektur sprzętowych. Aktualnie równolegle z systemem dostępna jest platforma deweloperska która umoŝliwia modyfikację kodu jądra, budowanie obrazu, integrowanie go z komputerem oraz wybieranie komponentów systemu. Do naszej dyspozycji oddanych zostało ich około 700, między innymi: Active Sync,.NET framework compact 2.0, WebSerwer czy Media Player. Pomimo wymienionych zalet, proces ten został teŝ skrytykowany przez róŝne środowiska jako zbyt skomplikowany, wraŝliwy na błędy, czy słabo lub źle udokumentowany przez producenta. 1 Na podstawie biuletynu Microsoft nr Q166915 2
Wymagania oprogramowania dla Platform Builder według Microsoft: Microsoft Windows 2000 z SP4 lub XP z SP2 (na podstawie własnych doświadczeń zalecana wersja 32bitowa oraz język angielski) Visual Studio 2003 (VS service pack 1).NET framework 2.0 Windows Embedded CE 6.0 OS Design Wymagania sprzętowe: Procesor 933 Mhz lub szybszy (zalecany 2Ghz) 512Mb pamięci RAM zalecane 1Gb 18 GB pamięci dyskowej 2. Przystosowywanie systemu Przystosowanie rozpocznę od przygotowania środowiska pracy. Po poprawnym zainstalowaniu wszystkich wymaganych komponentów oprogramowania mogę przystąpić do procesu przystosowywania systemu. Uruchamiam Visual Studio i tworzę projekt w nowo powstałym schemacie OS Design. 3
Rys. 1 (wygląd okna tworzenia nowego projektu) Zostaję przeniesiony bezpośrednio do kreatora który prowadzi mnie przez dalszą część procesu. W dalszej części wykonany został przegląd komponentów z których składa się system. Ze względu na brak dokumentacji oraz ograniczony rozmiar sprawozdania nie wszystkie z nich zostały opisane. Po wyświetleniu się ekranu informacyjnego przechodzimy dalej. 4
Rys. 2 Okno informacyjne kreatora Rys. 3 Wybór platformy Na początku wybieram platformę sprzętową na jaką przeznaczony będzie budowany system. Do dyspozycji mam procesory z rodziny ARM, wersję 5
przeznaczoną na komputery x86 lub emulator softwarowy. W moim przypadku platformą docelową będzie x86. Rys. 4 Predefiniowanie schematu Następnie mam do wyboru schemat którym moŝemy wykorzystać do ułatwienia budowy systemu dla konkretnego zastosowania. Predefiniuje on elementy w dalszej części procesu. W moim przypadku sam zadecyduje które komponenty wybrać. 6
Rys. 5 Aplikacje końcowe uŝytkownika W kolejnym kroku po raz pierwszy wybieram elementy składowe systemu. Są tą popularne aplikacje systemu. Mam do dyspozycji: Active Sync jest narzędziem do synchronizacji z komputerem bazą. MoŜna dzięki niemu synchronizować zmieniające się dane takie jak poczta elektroniczna, kontakty, pliki, bazy danych. Istnieje moŝliwość napisania własnych aplikacji korzystających z Active Sync. Połączenie odbywa się przez port szeregowy, USB, podczerwień modem lub Ethernet. CAB File Installer/Uninstaller zarządzanie plikami CAB Games zetaw gier (FreeCell, Pasjans, Saper) Help HTMLowy system pomocy Windowsa CE Remote Desktop Protocol protokół uŝywany do zdalnego połączenia się i korzystania z oprogramowania systemów Windows XP czy 2k z uruchomionym Terminal Server Edidtion Terminal Emulator emulator terminala Windows Messenger komunikator sieci MSN, umoŝliwiający rozmowy głosowe, tekstowe, wysyłanie plików 7
WordPad edytor tekstu obsługujący format RTF, posiada moŝliwość formatowania oraz drukowania tekstu. Rys. 6 Aplikacje i usługi Dalej wybieram podstawowe aplikacje oraz usługi które będzie zawierał mój obraz:.net compact framework wersja środowiska uruchomieniowego platformy.net Obejmuje duŝą część klas znajdujących się w pełnej wersji.net Framework oraz część zaprojektowanych specjalnie dla urządzeń mobilnych. ATL jest biblioteka upraszczających tworzenie małych i szybkich serwerów ActiveX. Są to aplikacje zawierające obiekty typu Komponent Object Model. C Libraries zawiera środowisko uruchomieniowe, obsługę błędów, bibliotekę wej/wyj, bibliotekę wej/wyj ASCII dla C/C++, Component Services to standard tworzenia i definiowana interfejsów programistycznych. Zaprojektowana przez Microsoft w celu ustandaryzowania komunikacji międzyprocesowej. Komponent zawiera zapewniające podstawowe ramy i usługi. 8
Exchange Klient jest zbiorem bibliotek które umoŝliwiają programiście komunikacje z serwerem Exchange w takim zakresie jak pobieranie kontaktów czy sprawdzanie dostępności. LDAP (Lightweight Directory Access Protocol) Serwis katalogowy pozwalający na wymianę informacji za pomocą protokołu TCP/IP. Dane grupowane są w strukturze przypominającej drzewo katalogów. KaŜdy dostępny obiekt jest identyfikowany przez swoje połoŝenie na drzewie. Location zbiór elementów ułatwiających programowanie usług dla systemu związanych z lokalizacją. Są wykorzystywane jako warstwa pośrednia pomiędzy urządzeniem np. GPS a aplikacją wydającą zapytanie. MSMQ to serwis umoŝliwiający komunikację międzyprocesową Windows. Jego obsługa moŝe być łatwo zaimplementowana w.net. Działa na zasadzie wysyłania i kolejkowania komunikatów zarówno do maszyny lokalnej jak i zdalnej. Nie jest domyślnie instalowane np. w Windows XP. OBEX jest protokołem wymiany danych pomiędzy urządzeniami przenośnymi. Rozwijanym przez Infra-red Data Association. W logice funkcjonowania jest podobny do działania protokołu http. Transmisja odbywa się w trybie binarnym. Jest uŝywany we wszystkich nowych urządzeniach PALM, wielu telefonach takich marek jak Motorola, Samsung, Nokia czy Sony Ericsson. POOM API Jest to mechanizm komunikacji z programem Outlook wykorzystujący COM. Jest bardzo wygodne w uŝyciu, umoŝliwia zarówno odczyt jak i modyfikacje np. zadań. Odpowiednik w wersji Windows wypiera z pakietu Office programowanie za pomocą VBscript. SOAP jest protokołem wymiany danych w postaci XML. Do przesyłu wykorzystuje Ethernet (najczęściej protokół HTTP). Dokument SOAP składa się z otoczki, zbioru reguł kodujących potrzebnych do rozszyfrowania typów danych, oraz reguł dotyczących wywoływania zdalnych metod i odczytu odpowiedzi. Najpopularniejszym standardem SOAP jest RPC (Remote Procedure Call). XML to zestaw usług pozwalający aplikacjom napisanym w JScript, VBscript czy VS obsługiwać XML. 9
Rys. 7 Wybór Komponentów sieciowych Networking General to ogólny zbiór pakietów związanych z siecią Domain Discovery rozpoznawanie kontrolera domeny. (brak obsługi domen NetBios) Do obsługi Active Directory wykorzystuje się wcześniej opisany LDAP. Potrafi komunikować się z klientami i serwerami w wersji NT, 2000, czy 2003. Extended DNS Querying and Update umoŝliwia modyfikacje wpisu DNS w serwerze, w reakcji na takie zdarzenia jak włączenie interfejsu karty sieciowej, wygaśnięcie dzierŝawy I zmiana adresu sieciowego hosta Extensible Authentication Protocol obsługa uniwersalnego środowiska do uwierzytelniania. Stosowanego najczęściej w otwartych sieciach bezprzewodowych lub bezprzewodowych połączeniach typu punk-punkt. Firewall zapora sieciowa, pozwalająca ograniczać ruch IP do oraz z urządzenia. Internet Connection Sharing Składa się z alokatora DHCP, DNS Proxy, implementacji NAT, oraz aplikacji autodial. UmoŜliwa odgrywanie przez system roli bramy do sieci dla innych komputerów. IPSec v4 implementacja zbioru protokołów słuŝących do obsługi bezpiecznego przesyłania przez sieć pakietów IP. 10
NDIS Packet Capturing DLL Jest to biblioteka do obsługi przechwytywania ramek za pomocą adaptera sieciowego. NDIS User-mode I/O protocol Driver (Network Driver Interface Specyfication.) Jest to standard wspólnie rozwijany przez Microsoft interfejsu programowania aplikacji dla kart sieciowych. Network bridging umoŝliwa obsługiwanie roli mostu pomiędzy dwoma sieciami. Network Driver Architecture architektura dla sterowników sieciowych stosowana standardowo w platformach Windows. Network Utilites to zbiór prostych narzędzi do konfiguracji oraz diagnozowania protkołu TCP/IP: ipconfig, ping, oraz router Reference gateway user interface Remote Configuration network TCP/IP - implementacja protokołu TCP/IP w wersji 4. Zawiera w sobie obsługę IP, ARP, ICMP, IGMP, TCP, UDP, oraz DHCP. TCP/IP v6 implementacja protokołu TCP/IP w wersji 6. Universal Plug and Play jest to implementacja protokółu który umoŝliwia bezpośrednie przesyłanie danych pomiędzy dwoma urządzeniami. Nie jest uzaleŝniony od platformy czy systemu operacyjnego. Główną zaletą jest to iŝ kaŝdy komputer obsługujący UPnP automatycznie konfiguruje własne ustawienia sieciowe, dzięki czemu bardzo upraszcza obsługę przez uŝytkownika. USB Flash Config Tool Winsock Support obsługa dostępu do oprogramowania sieciowego za pomocą gniazd. Networking - Local Area Network wsparcie dla przewodowych oraz bezprzewodowych sieci lokalnych. Networking Personal Area Network wsparcie dla obsługi Bluetooth oraz portu podczerwieni. Networking Wide Area Network zbiór pakietów zawierający: Dial up Networking obsługa połączeń modemowych PPPoE obsługa protokołu point-to-point over Ethernet VPN obsługa wirtualnych sieci prywatnych 11
Server zestaw aplikacji umoŝliwiających udostępnianie usług po stronie urządzenia, moŝemy uruchomić: Udostępnianie plików (SMB) Udostępnianie drukarek (SMB) Serwer FTP Serwer pośredniczący WWW (Proxy) Serwer stron WWW (HTTPD) Serwer Czasu (SNTP) Serwer filtrowania treści Internetu (Parental Controls) Serwer zdalnego dostępu (Telnet) Rys. 8 Usługi na poziomie jądra Następna formatka oddaje nam do wyboru usługi jądra: 12
System Event Log jest logiem wydarzeń systemowych funkcjonalnie działającym w ten sam sposób co w innych systemach. Bartery Drivers część systemu która jest odpowiedzialna za informowanie o aktualnym stanie baterii, baterii zapasowych czy stanie zasilania. Debuggin tools zestaw narzędzi umoŝliwiający analizowanie działającego systemu przez port szeregowy w trakcie działania systemu. Device manager MenedŜer urządzeń umoŝliwiający zarządzanie załądowanymi sterownikami urządzeń. Display Support UmoŜliwia wybranie właściwego sterownika dla ekranu podczas uruchamiania systemu, zamiast korzystanie z domyślnego. Internet Appliance Support wsparcie dla urządzeń które nie są telefonami ale posiadają obsługę przez przeglądarkę. Fiber API Fiber jest rodzajem wątku. W odróŝnieniu od klasycznego wątku którym steruje jądro systemu operacyjnego, w przypadku włókna sterowanie jest zaimplementowane w userspace. Fiber API jest zbiorem interfejsów ułatwiających projektowanie aplikacji z wykorzystaniem włókien. FormatMessage API umoŝliwia wywołanie błędu systemowego na podstawie ostatniej wartości zwróconej przez GetLastError(). 13
Rys. 9 Zarządzanie urządzeniami Device managment client umoŝliwia ściągnięcie oraz instalacje poprawek w oprogramowaniu oraz nowych aplikacji, po ukazaniu się ich na lokalnym Microsoft Systems Management Server. Simple Network Management Protocol (SNMP) protokół umoŝliwiający zdalne zarządzanie oraz monitorowanie systemu. Rys. 10 Przechowywania danych Compression API umoŝliwiające na kompresję danych zawartych w pamięci RAM, ROM lub Bazach danych Storage Manager zasób jest strumieniem tworzonym przez blok sterownika urządzenia przechowującego dane. MoŜe nim być np. CD-ROM lub pamięć flash. Pakiet ten umoŝliwia zewnętrzne przechowywanie danych. Wszystkie zmiany plików, i modyfikacje na nośnikach danych przechodzą przez warstwę Storage Managera. System Password - API umoŝliwiające autoryzacje uŝytkownika, stosowane w celu programowania narzędzi z wykorzystaniem funkcji uniknięcia niepowołanego dostępu do urządzenia. 14
Rys. 11 Wybór czcionek systemowych Do parametryzacji oddany został równieŝ zbiór czcionek systemowych. Rys.12 OstrzeŜenia 15
Wygenerowany został komunikat o zagroŝeniu związanym z wyborem przeze mnie usługi związanej z udostępniania połączenia internetowego. Po zgodzeniu się na warunki platform builder parametryzuje system operacyjny. Operacja szczęśliwie kończy się sukcesem i zostaję przeniesiony do okna projektu. Rys.13 (wygląd platform builder po zbudowaniu systemu) W lewej zakładce okna Visual Studio widzę pliki składowe projektu. Na tym etapie mogę przeglądać, modyfikować źródło jądra oraz ustawiać punkty przerwań debugera. 4. Inne parametry konfiguracyjne Z punktu widzenia parametrów konfiguracyjnych budowania systemu naleŝy wspomnieć jeszcze o konfigurowalnych parametrach środowiskowych, poniŝej zostały opisane takie których udokumentowanie udało mi się odnaleźć w dokumentacji: IMGAUTH sprawia Ŝe budowany obraz dedykowany będzie na konkretne urządzenie. Sprawdzenie nastąpi przy kaŝdym uruchomieniu urządzenia, które będzie moŝliwe jedynie w przypadku zgodności ID sprzętu. 16
IMGAUTOFLUSH wszystkie zdarzenia będą odnotowywane w katalogu dystrybucji. Musi być uŝywana wraz z opcją IMGCELOGENABLE IMGCELOGENABLE dodaje do systemu CELog.dll i uruchamia logowanie zdarzeń podczas startu systemu. IMGEBOOT - rezerwuje w obrazie miejsce na bootloader. IMGFLASH - Enables flashing the run-time image into ROM. IMGKCOVER - umoŝliwia ochronę kodu IMGMULTIBIN - Odblokowywuje regiony typu multi-xip w uruchamianym obrazie. IMGNODEBUGGER wyłącza moŝliwość uŝycia debuggera jeŝeli ustawione na 0 w systemie muszą znajdować się pliki: Hd.dll, Kd.dll, OsAxsT0.dll, and OsAxsT1.dll IMGNOLOC wyklucza z jądra funkcjonalność lokalizacji IMGNORDPINGWE Włącza jądro typu RPD Mstscax.dlll, będzie trzymane w tym samym miejscu co aplikacjia Cetsc.exe, for debugging and testing. IMGNOREDIR - wyłącza funkcje redir IMGNOSHAREETH - wyłącza obsługę VMINI IMGNOTAHOMA wyklucza czcionkę Tahoma z systemu. IMGNOTALLKMODE - Blokuje tryb jądra który jest uŝywany do zmiany flag ROMFLAGS w Config.bib. IMGOSCAPTURE Dodaje OSCapture.exe do systemu. Powoduje to buforowanie zdarzeń podczas uruchamiania systemu. IMGPROFILER - umoŝliwia dostosowywanie jądra systemu. IMGRAM16, IMGRAM32 IMGRAM64 IMGRAM128 IMGRAM256 IMGRAM512 - konfiguruje obraz odpowiednio o rozmiarze odpowiednio 16,32,64,128,256 i 512 MB IMGSIGN - Załącza sygnaturę rozszerzenia w bloku w nagłówku ROM. IMGSHIMENABLE dołącza w obrazie po stronie jądra narzędzie do bierzącego weryfikowania aplikacji. Niektóre parametry dostępne są przez formatkę opcji budowania środowiska. Aby ją wywołać naleŝy wybrać z platformy ustawienia, następnie ustawienia platformy i opcje budowania. przykład zastosowania: Domyślne ustawione jest ograniczenie rozmiaru obrazu do 32MB, w moim przypadku wielkość ta będzie większa. Po wcześniejszych doświadczeniach ustaliłem jednak iŝ nie przekroczy 64MB. Z menu opcji budowania ustawiam checkbox Run-Time Image Can Be Larger Than 32 Mb. Jest to odpowiednik ustawienia w środowisku parametru IMGRAM64. 17
JeŜeli uwaŝamy Ŝe zakończyliśmy konfiguracje naszego systemu, powinniśmy wybudować obraz wybierając Z paska Build -> Build enviroment. JeŜeli uda się poprawnie zbudować system pozostaje nam tylko przenieść go na komputer docelowy. 5. Przenoszenie obrazu Konfigurując uruchomienie systemu na komputerze hoście mam do wyboru kilka moŝliwości. Po stronie narzędzia developerskiego uŝywany jest serwer wykorzystujący protkoł BOOTP umoŝliwiający na botowanie zdalne. Niektóre urządzenia przenośne mają wbudowaną jego obsługę. W przypadku komputera PC, aby zastosować ten typ startu muszę uŝyć dedykowanego dysku rozruchowego. Istnieje moŝliwość przegrania i uruchomienia systemu za pomocą kabla równoległego, lub sieci lokalnej. Warto zwrócić uwagę iŝ w przypadku połączenia równoległego po stronie serwera naleŝy uruchomić specjalne sterowniki portu LPT które są dostępne jedynie dla systemów w 32bitowej wersji. W przypadku karty sieciowej zastosowanie większości ich współczesnych modeli eliminuje fakt iŝ host wymaga zgodności ze standardem NE2000. W moim przypadku obydwie próby zakończyły się wystąpieniem nieudokumentowanego wyjątku. Rys.14 (ekran przegrywania obrazu po stronie platformy developerskiej) Alternatywnym sposobem uruchomienia systemu na hoście jest ręczne przegranie obrazu na dysk docelowy. Aby go uruchomić naleŝy uŝyć przygotowanego programu rozruchowego w sektorze głównego rekordu startowego. MoŜemy zainstalować bootloader dostarczany z Windows CE 6.0, lub wybrać alternatywne rozwiązanie 2. 2 http://www.pfaadtsoft.de/bootloader.htm 18
UŜywając programów konfigurujących bootloader naleŝy pamiętać aby w parametrach uwzględnić odpowiednie przesunięcie zapisu które jest róŝne dla róŝnych rodzajów partycji. W moim przypadku uŝyłem partycji FAT32 w której przesunięcie kodu rozruchowego względem początku wynosi 0x5a h. 5. Wnioski W przedstawionym referacie opisane zostały parametry konfiguracyjne Windowsa CE 6.0 z punktu widzenia zarówno budowania go ze źródeł jak i osadzania na przykładowym komputerze. Pomimo wielu zalet, pisanie referatu utrudniał fakt bardzo słabego lub zupełnie nie udokumentowania czynności procesu budowania go. Przekonałem się jednak iŝ jest to system o bardzo duŝych moŝliwościach. Wpływają na to czynniki takie jak przenośność, niewielkie wymagania sprzętowe, moŝliwość indywidualnego dostosowania go do własnych potrzeb, otwarty kod źródłowy jądra, oraz duŝa liczba funkcji umoŝliwiających między innymi pełnienie roli serwera WWW czy firewalla. 6. Bibliografia http://msdn.microsoft.com/embedded/windowsce/ http://channel9.msdn.com/ http://msdn.microsoft.com/embedded/community/community/webcasts/ http://www.windowsfordevices.com/ http://en.wikipedia.org/wiki/windows_ce http://en.wikipedia.org/wiki/fat32 http://support.microsoft.com/default.aspx?scid=kb;en-us;q166915 19