Windows CE 软件开发入门

MicrosoftWindows CE是紧凑的、高效的和可升级的操作系统，它被广泛的应用在各种嵌入式式的产品中，从手持电脑到专门的工业控制器和消费用电子产品中。Windows CE已经通过了其自身的能力证明：它能够满足32位嵌入式式程序开发的需求。同样重要的是:Windows CE使嵌入式式系统的设计者得以充分利用Microsoft的32位基于Windows的开发工具的全部的函数。
  
　　嵌入式的应用软件选择Windows CE的首要原因之一是Microsoft Win32应用编程接口（API）的广泛应用。从运行在Microsoft WindowsNT操作系统下的高端服务器到最小的台式机和内嵌式的应用中，WIN32 API几乎是所有为面向Windows开发32位应用软件的内核。

　　本文的目的是向那些开发基于Windows CE的新的嵌入式式系统的开发者介绍WIN32 事件驱动编写程序。 本文将：概述32位Windows操作系统和WIN32编程模型。介绍线程，事件和消息是如何操作的。给出Win32如何管理Windows CE的内存。解释 Win32意外操作的概念。

　　比较同步和不同步设备的界面的不同的方法。总结明确定义的API的优位。本文并不是刻意要完全做Win32的编程指南，而是要介绍用Win32作为嵌入式式应用程序的开发工具。

　　简介

　　对于全世界的成千上万的程序开发者来说，Win32程序模式很常见。WIN32是台式机或企业广泛应用的强大目标，而且随着Windows CE的涌现，它也成了嵌入式式系统的理想的程序界面形式。WIN32为Windows CE操作系统提供了一致的，文档完备的并且函数强大的程序界面。
   
　　用WIN32在Windows CE平台开发的程序同其他的WIN32程序差不多；这意味着程序开发者在开发新的面向Windows CE操作系统的应用程序的时候，能够应用这些大量的WIN32的程序资源、第三代工具和外部的专门的技术。具有WIN32编程经验的程序员会发现创建新的（维护已有的）面向Windows CE设备（如手持电脑）的应用程序远比创建类似的面向特殊的平台或其他应用不广的嵌入式式的操作系统的应用程序简单。
   
　　嵌入式式系统的设计者们很快意识到Windows CE的强大，并且以惊人的快速使这个操作系统与它们的新产品一体化。可是，许多嵌入式式软件的开发者对Windows的事件驱动程序的一般技术不熟悉。对于这些软件开发者来说，在他们开始他们第一次的基于Windows CE的项目之前，了解一些WIN32的基础的知识是有好处的。
   
　　什么是WIN32？
   
　　“WIN32”表示对于所有的Microsoft 32位平台的一种普通的应用编程接口（API）。这些平台通常指：

　　Windows 95， Windows 98
　　Windows NT，Windows CE。
   
　　本文我们主要关注Windows CE操作系统，可是需要弄清楚的是大多数 Win32的应用编程接口对上面所有三种平台都适用。这种同用的应用编程接口的优位有很多：容易登录到应用程序中，有大量的已有程序的知识，范例和第三代软件的资源。

　　平台的差别

　　WIN32的应用编程接口定义了你作为一个程序员有用的Windows平台。WIN32应用编程接口的目的是提供了一个常用的界面的设置，可是虚拟，不同的平台由于不同的特性及硬件的约束，其应用编程接口也不同。WIN32平台家族的一些成员支持全部的WIN32的应用编程接口（下简称API），而其他的只支持一部分的API。 为紧凑的、嵌入式式的应用软件和小型设备而设计的Windows CE，WIN32的API最受限制。尽管如此， Windows CE 的API也是足够完善的，能够处理实际的大量的高级的嵌入式式应用程序。

　　WIN32与Microsoft基本类库（MFC）
   
　　用WIN32界面设计并不是创建32位基于 Windows的应用程序的唯一的途径。另一种重要的途径是可在WIN32与 Microsoft Visual C++开发环境使用的Microsoft基本类库（MFC）。MFC为许多（不是所有）的WIN32的API进行了高度的封装（图1）。通常，MFC提供了代表重要的WINDOWS的用户界面对象的类，象窗口，对话框，画刷，画笔，和字体。MFC也为没有任何用户界面要求的嵌入式式应用软件提供了相应的类。MFC类的成员函数调用WIN32API的函数，可以使复杂的应用程序的设计巧妙的简化。作为WIN32的程序员，你可以自由的选取使用C或C＋＋和WIN32 API， 或者用C＋＋与MFC。VISUAL C＋＋开发系统对于所有的，包括 Windows CE 的WIN32的目标操作系统都支持以上的两种开发系统。
   
　　本文直接介绍WIN32 API。应用 Windows CE下的MFC的详细的消息，参阅 Windows CE SDK文档。

　　WIN32程序模型
   
　　WIN32是超越所有32位WINDOWS平台的常用和一致的（尽管并不全部相同）API。为了对WIN32 API有一个透彻的了解，以便高效的使用它的函数，了解一些底层操作系统的基础十分重要。本节总结了32位操作系统和 Win32 API的最重要的概念，为你更深入的学习提供基础。要得到更多更详细的关于32位WINDOWS的体系结构、 Win32 API、以及其他的程序设计的主题，你可以读一本关于那个主题出版的书。Microsoft出版社能提供一些这样的书籍；在本文的最后，列着部分这些书的条目。

　　Windows CE的内核和 Win32 API

　　那些对WINDOWS CE的人可能会有一个错觉，认为它仅仅是现有的操作系统（如WINDOWS95）降级版。但事实上Windows CE是以小型的、高度用户化的面向嵌入式式应用程序的操作系统开发起来的。在WINDOWS CE排除（或代替）了一些基于WINDOWS CE的应用软件所不需要的操作系统特性的同时，它的内核也具有大量的其他Microsoft 32位的操作系统的最精华的东西。例如在Windows NT下， 所有的在Windows CE下运行所应用软件都运行在有优先权的多任务处理环境下，在被全保护的内存空间里。还有，象 Windows NT一样，Windows CE支持本地统一的字符编码标准码字符串，使它更适于国际推广。可是，不象其他的32位WINDOWS平台，， Windows CE是十分紧凑和用户化的，仅仅占用小于200K的内存。
   
　　Windows CE的WIN32 API比其他的32位的Windows操作系统的WIN32 API要小；它只包括大约相当于Windows NT的半数的API。但是 Windows CE的WIN32 API也有其他系统所没有的特性。例如：通知API，它能够操作系统的层次，而不是在运行的应用程序的层次上处理通知事件（如时钟）。触屏的API和对Windows CE的数据库的内置的支持是其他的操作系统所没有的。触屏的API使用于触觉敏感显示器的屏幕校正和用户交互的管理容易实现，而数据库的API提供了快速简捷的访问紧凑的、一般用途的数据库的工具。另一个关于Windows CE的鲜为人知的方面是它的高度的模块化；嵌入式式系统开发者（用Microsoft Windows CE内含的面向Visual C++的软件包）能够创建一个对于它们的独特的硬件平台和应用软件用户化了的Windows CE的版本。
   
　　Windows CE操作系统为设计提供了全新的设计环境。Windows CE的开发者几乎不需要支持原有的应用程序或设备，所以操作系统在设计时可以考虑到应用一些最新的思想和应用程序，并且应用最先进的嵌入式式的32位微处理器产品作为它的硬件目标平台。这对于一个使用Windows CE平台的WIN32 API的用户来说意味着什么呢？这意味着对于现代的、32位的嵌入式式系统，它是一种更简单的API，更加优化的目标操作系统。下面，我们将研究一些重要 的WIN32 API和Windows CE操作系统的内部的内容。

　　程序和线索
   
　　了解WIN32 API和Windows CE操作系统的底层内容的第一步就是了解多任务和多线索应用程序是如何组织的。WIN32术语中，程序被定义成一个正在运行中的程序实例。象其他的32位Windows 平台一样，Windows CE是一个多任务的操作系统，在一个运行中的程序里，它支持执行多个线索。
   
　　对于嵌入式的应用程序，Windows CE的多线索执行能力是它函数的重要的体现。这样就使WIN32嵌入式程序开发者优先考虑WIN32的线索的创立与同步。
   
　　WIN32的线索的处理同其他常用的嵌入式的操作系统是有区别的。不象Unix或其派生的系统，32位Windows平台从一开始设计就支持多线索应用程序。线索管理（时序安排，同步和资源管理）由内核来完成，程序开发者利用函数装入内核（通过WIN32 API访问）来建立和管理他们应用程序中的线索。例如，如果一个嵌入式应用程序必须监视多个输入设备并且在监视到一个或多个设备上不同步发生的事件的时候要作出恰当的反映。更进一步，如果这样一个程序也需要更新一些共享的资源（如全局数据结构，磁盘上的文件，或其他设备）来作为与相关设备事件的反映。象这样的一个程序需要一个可靠的线索管理系统。这恰恰是WIN32 API能够提供的函数：多个线索能够快捷并且容易的用WIN32 API线索创建界面建立；同步线索（多个线索同时访问一个数据）可以通过不同的方式完成，包括关键的段，有名称和没有名称事件，以及互斥的目标。
   
　　Windows CE 被设计成在执行这些同步时占用最少的程序资源。这位对那些函数不强大的开发者来说十分重要；因为内核来负责线索的管理，不需要使用另外的处理器来循环检测程序或线索完成，以及执行其他的无用的应用程序层次上的线索管理。内核已构建好如何管理若干的线索并且使程序高效地进行的程序。对于包括若干个程序的应用程序，WIN32 向用于线索、程序管理和同步提供了一套的完备的处理方法。这些线索管理特性非常适于嵌入式应用程序软件，并且对Windows CE开发者是容易得到的。消息在32位windows平台上运行的程序更专门化，程序的线索依赖于消息来初始化程序，控制系统资源并且与操作系统和用户通信。windows消息有各种各样来源 ，包括操作系统，用户活动诸如键盘输入、鼠标、触到屏幕，以及其它运行的程序或者线索。当消息被送到线索时，这条消息被放置在消息队列中等待最后处理。每一条线索拥有完全不独立于其它线索所拥有的消息队列的消息队列。线索一般有不断运行的消息循环，恢复和处理消息。当队列地没有消息，并且线索不从事于其它任何活动，系统挂起线索，以节省中央控制器资源。消息也能用于控制目的，初始化你的应用程序中各种类型的程序，并且他们能利用消息参数传递数据。例如，线索可能收到触屏被激活的消息，消息参数可以表明X和Y为用户行动的坐标。 在另一种类型的消息中，参数可以包括指针或者指向数据结构、窗口或其他对象的句柄

中断处理

　　作为一嵌入式的的软件开发者，你可能最关心windows CE消息的处理规则是如何影响你的外部系统接口的时序的。windows CE通过细心设计和准确的衡量以保证其中断时序以及其它相关的特位与嵌入式式的系统设计是适用的。嵌入式应用程序经常有时间临界的设备接口需要，需要发现并且在一最小的规定的时间之内对设备和系统事件作出反应。为了支持这样应用程序， windows CE包括高度优化中断传送，优先级和服务系统。在windows CE内核中 ，中断处理分成两个明显的部分:中断服务程序(ISR )以及中断服务线索(IST )。这个系统的目的是使ISR 尽可能小和快。在硬件的层次上，每一中断要求(IRQ )线索路与一特定的软件ISR联系。当被触发时，给定的ISR除了通知内核IST的位置外，还做少量的工作。一旦IST 被初始化(尽管没必要完成)，系统便准备好接受下一中断并且处理下一中断。

　　每一个中断有一个优先级与他们相联系。 windows CE为确定的线索时时序，利用基于优先级的时间片段算法。与每一ISR 被联系的IST 是正常的线索，因此为IST设置优先级以满足应用程序的时序需要是应用程序软件开发者的责任。这种将ISR 和IST在中断程序中分开处理最终结果是，典型的中断等待时间被大大地减少了，在中断程序中发生不可接受的延迟的可能性也大大减少。此外，嵌入式式软件包

　　和windows CE内核的特性使有可能按习惯定制中断时序和优先级，以满足特定应用程序的需要。 Windows CE和其使用的时间临界、实时应用程序在另一篇文章中包括比本文更详细的内容，文章名为《 Real-time Systems with Microsoft Windows CE》