《嵌入式WinCE系統(tǒng)開發(fā)》

張小進

編寫

適用專業(yè)：計算機科學與技術(shù)

嵌入式C語言設計實驗由驗證性實驗一、WinCE平臺的構(gòu)建與配置，驗證性實驗二、線程同步調(diào)試實驗，驗證性實驗三驅(qū)動程序結(jié)構(gòu)實驗，驗證性實驗四IO接口控制實驗，驗證性實驗五動態(tài)鏈接庫實驗，驗證性實驗六UDP和Ping實驗，綜合性實驗七CAN總線實驗構(gòu)成，通過實驗應達到下列要求：1.熟悉嵌入式WinCE系統(tǒng)開發(fā)平臺的搭建，PB集成環(huán)境的使用。掌握WindowsCE內(nèi)核的配置、編譯方法；掌握構(gòu)建一個適合特定開發(fā)平臺的WindowsCE系統(tǒng)方法；為后續(xù)的其它實驗打下基礎。2.加深對嵌入式WinCE系統(tǒng)的認識，了解WinCE下IO訪問機制和原理；掌握WinCE線程編程方法；掌握線程同步原理和實現(xiàn)線程同步的方法；進一步熟悉VS.Net的使開發(fā)環(huán)境；能較熟練地進行嵌入式WinCE的程序設計。3.熟悉嵌入式WinCE系統(tǒng)驅(qū)動程序的結(jié)構(gòu),了解驅(qū)動程序的原理和功能；掌握流式接口驅(qū)動程序的結(jié)構(gòu)；掌握編寫流式接口的驅(qū)動程序的方法；能根據(jù)實驗內(nèi)容的要求進行驗證性的編程實驗以掌握驅(qū)動程序的框架結(jié)構(gòu)。4.掌握在WindowsCE下訪問硬件I/O寄存器的一般方法；了解WinCE下IO訪問機制和原理；了解數(shù)碼管(LED)的顯示及控制原理；能根據(jù)實驗內(nèi)容的要求進行驗證性的編程實驗以掌握I/O接口控制方法。5.了解WinCE動態(tài)鏈接庫的基本原理；掌握WinCE動態(tài)鏈接庫程序的編程方法；掌握采用靜態(tài)和動態(tài)調(diào)用動態(tài)鏈接庫方法；能根據(jù)實驗內(nèi)容的要求進行驗證性的編程實驗以掌握動態(tài)鏈接庫的實現(xiàn)技術(shù)和使用方法。6.了解UDP網(wǎng)絡通信的基本內(nèi)容；掌握PING實現(xiàn)的基本原理；了解TCP/IP和ICMP協(xié)議；能根據(jù)實驗內(nèi)容的要求進行驗證性的編程實驗以掌握嵌入式WinCE下的網(wǎng)絡通信。7.了解串口通信的基本原理；掌握串口編程的方法；掌握應用程序的GUI編程；能根據(jù)實驗內(nèi)容的要求進行綜合性的編程實驗以初步掌握串口通信的應用。8．由于這門課程的實驗需要大量的時間練習，但受實驗課時的限制需要學生課外補足（16到24學時），因此要求學生在實驗前先預習實驗內(nèi)容并根據(jù)實驗大綱的說明先期做好實驗的準備工作。

本指導書對綜合性實驗只給出設計的要求和指標不給實驗源代碼，由學生自己設計、編譯、調(diào)試并運行；通過實驗結(jié)果理解嵌入式WinCE驅(qū)動程序的實現(xiàn)方法；在實驗報告中回答思考題。

目

錄TOC\o"1-3"\u實驗一WindowsCE平臺的構(gòu)建與配置 5實驗二線程同步調(diào)試實驗 27實驗三驅(qū)動程序結(jié)構(gòu)實驗 38實驗四I/O接口控制實驗 52實驗五動態(tài)鏈接庫實驗 61實驗六UDP和Ping實驗 70實驗七串口測試綜合實驗 80實驗一WindowsCE平臺的構(gòu)建與配置實驗學時：2實驗類型：驗證實驗要求：必修一、實驗目的1、掌握WindowsCE內(nèi)核的配置、編譯方法；2、掌握構(gòu)建一個適合特定開發(fā)平臺的WindowsCE系統(tǒng)方法；3、熟悉PlatformBuilder開發(fā)工具使用方法。二、實驗內(nèi)容1、安裝XSBase270實驗開發(fā)平臺的BSP；2、根據(jù)XSBase目標平臺的特點和系統(tǒng)的需要，配置WindowsCE操作系統(tǒng)的特性和功能；3、編譯、鏈接操作系統(tǒng)內(nèi)核，生成系統(tǒng)映象文件；4、下載并運行編譯好的WindowsCE系統(tǒng)。三、實驗原理、方法和手段1、WindowsCE操作系統(tǒng)簡介MicrosoftWindowsCE是一個開放的、可裁剪的、32位的實時嵌入式窗口操作系統(tǒng)。和其他桌面窗口操作系統(tǒng)（WindowsXP/2000）相比，它具有可靠性好、實時性高、內(nèi)核體積小等特點，適用于各種嵌入系統(tǒng)和產(chǎn)品。它擁有多線程、多任務、確定性的實時、完全搶先式優(yōu)先級的操作系統(tǒng)環(huán)境，專門面向只有有限資源的嵌入式硬件系統(tǒng)。同時，開發(fā)人員可以根據(jù)特定硬件系統(tǒng)對WindowsCE操作系統(tǒng)進行裁剪、定制，所以目前WindowsCE被廣泛用于各種嵌入式智能設備的開發(fā)，是當今應用最多、增長最快的嵌入式操作系統(tǒng)。WindowsCE被設計成為一種高度模塊化的操作系統(tǒng)，每一模塊都提供特定的功能，這些模塊中的一部分被劃分成組件，系統(tǒng)設計者可以根據(jù)設備的性質(zhì)只選擇那些必要的模塊或模塊中的組件包含進操作系統(tǒng)映像，從而使WindowsCE變得非常緊湊（只占不到200KB的RAM），因此只占用了運行設備所需的最小的ROM、RAM以及其它硬件資源。WindowsCE被分成不同的模塊，其中最主要的模塊有內(nèi)核模塊（Kernel）、對象存儲模塊、圖形窗口事件子系統(tǒng)（GWES）模塊以及通信（Communication）模塊。另外WindowsCE還包含一些附加的可選擇模塊，這些模塊可支持的任務有管理可安裝設備驅(qū)動程序、支持COM等。一個最小的WindowsCE系統(tǒng)至少由內(nèi)核和文件系統(tǒng)模塊組成。1.1內(nèi)核模塊內(nèi)核模塊是WindowsCE操作系統(tǒng)的核心，它為任何基于WindowsCE的設備提供處理器調(diào)度、內(nèi)存管理、異常處理以及系統(tǒng)內(nèi)通信等系統(tǒng)功能，并為應用程序使用這些核心功能提供內(nèi)核服務。WindowsCE的內(nèi)核模塊通過CoreDLL模塊表示。所有的操作系統(tǒng)定制設計都必須包含這個模塊，但并不是這個模塊的所有組件都必需的，有一些內(nèi)核組件是可選的。1.2對象存儲對象存儲是WindowsCE的默認文件系統(tǒng)，它相當于WindowsCE設備上的硬盤。對象存儲是由共享一個內(nèi)核堆的文件系統(tǒng)、系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫和系統(tǒng)注冊表組成，即使在沒有系統(tǒng)主電源時，對象存儲也能維持應用程序及相關(guān)數(shù)據(jù)不會丟失。對象存儲可將用戶數(shù)據(jù)和應用程序數(shù)據(jù)存入文件或注冊器。在操作系統(tǒng)創(chuàng)建進程（該進程中只包括那些必需選項）的過程中，對于這些不同的對象存儲組件，可以選取，也可以忽略。1.3圖形窗口和事件系統(tǒng)模塊圖形窗口和事件系統(tǒng)模塊（GWES）包含大部分的核心WindowsCE功能，它集成了圖形設備接口（GDI）、窗口管理器和事件管理器。GWES模塊時WindowsCE操作系統(tǒng)高度組件化的部分，它分別由USER和GDI兩_______部分組成，USER用來處理消息、事件及鼠標和鍵盤等用戶輸入，而GDI用于處理圖形的屏幕和打印輸出等。GWES是用戶、應用程序和操作系統(tǒng)之間的圖形用戶接口。GWES通過處理鍵盤、鼠標動作與用戶交互，并選擇傳送到應用程序和操作系統(tǒng)的信息。GWES通過創(chuàng)建并管理在顯示設備和打印機上顯示的窗口、圖形以及文本來處理輸出。GWES的中心是窗口。所有應用程序都通過窗口接收來自操作系統(tǒng)的消息，即使那些為缺少圖形顯示的設備創(chuàng)建的應用程序也是如此。GWES提供控制器、菜單、對話框以及圖形顯示的設備資源，還提供GDI以控制文本與圖形顯示。1.4通信模塊通信模塊為基于WindowsCE的設備提供有線或無線通信能力，使WindowsCE設備能夠與其他設備或計算機進行連接與通信，通信組件提供對下列通信硬件和數(shù)據(jù)協(xié)議的支持：·串行I/O支持·遠程訪問服務（RAS）·傳輸控制協(xié)議/Internet協(xié)議(TCP/IP)·局域網(wǎng)（LAN）·技術(shù)API（TAPI）·WinCE的無線服務可選組件除上述主要模塊之外，還可使用其它的操作系統(tǒng)模塊。這些模塊與組件主要有：·設備管理器和設備驅(qū)動程序·多媒體（聲音）支持模塊·COM支持模塊·WinCE外殼模塊WinCE提供的每一模塊或組件都支持一組可用的相關(guān)API函數(shù)。2PlatformBuilder開發(fā)工具介紹PlatformBuilder(PB)是微軟提供給WindowsCE開發(fā)人員進行基于WindowsCE平臺下嵌入式操作系統(tǒng)定制的集成開發(fā)環(huán)境。它提供了所有進行設計、創(chuàng)建、編譯、測試和調(diào)試WindowsCE操作系統(tǒng)平臺的工具。它運行在桌面Windows下，開發(fā)人員可以通過交互式的環(huán)境來設計和定制內(nèi)核、選擇系統(tǒng)特性，然后進行編譯和調(diào)試。該工具能夠根據(jù)用戶的需求，選擇構(gòu)建具有不同內(nèi)核功能的CE系統(tǒng)。同時，它也是一個集成的編譯環(huán)境，可以為所有CE支持的CPU目標代碼編譯C/C++程序。一旦成功地編譯了一個CE系統(tǒng)，就會得到一個名為nk.bin的映像文件。將該文件下載到目標板中，就能夠運行CE了。PlatformBuilder提供了開發(fā)人員快速建立基于WindowsCE嵌入式系統(tǒng)所需的各種工具。PlatformBuilder的集成開發(fā)環(huán)境（IDE）允許開發(fā)人員配置、建立并調(diào)試能夠借助Windows和Web強大功能為嵌入式系統(tǒng)帶來靈活性與可靠性的新一代高度模塊化設計方案。PlatformBuilder提供的主要特性包括：平臺開發(fā)向?qū)В≒latformWizard）和BSP開發(fā)向?qū)В洪_發(fā)向?qū)в糜谝龑ч_發(fā)人員區(qū)創(chuàng)建一個簡單的系統(tǒng)平臺或BSP（板級支持軟件包），然后再根據(jù)要求進一步修改。開發(fā)向?qū)岣吡似脚_和BSP創(chuàng)建效率；特性目錄（Catalog）：操作系統(tǒng)可選特性均在特性目錄（Catalog）中列出，開發(fā)人員可以選擇相應的特性來定制操作系統(tǒng)；導出向?qū)В‥xportWizard）。可以向其他PlatformBuilder用戶導出自定義的目錄（Catalog）特性；導出SDK向?qū)В‥xportSDKWizard）：使用戶可以導出一個自定義的軟件開發(fā)工具包（SDK），可以將客戶定制的SDK導出到特定的開發(fā)環(huán)境中（如EVC）。遠程工具：可以執(zhí)行同基于WindowsCE的目標設備有關(guān)的各種調(diào)試任務和信息收集任務；仿真器（Emulator）：通過硬件仿真加速和簡化了系統(tǒng)的開發(fā)，使用戶可以在開發(fā)工作站上對平臺和應用程序進行調(diào)試，大大簡化了系統(tǒng)的開發(fā)流程，縮短了開發(fā)時間。應用程序調(diào)試器：可以在自定義的操作系統(tǒng)映像上對應用程序進行調(diào)試；內(nèi)核調(diào)試器：可以對自定義的操作系統(tǒng)映像進行調(diào)試，并且向用戶提供有關(guān)映像性能的信息；驅(qū)動測試工具包（WindowsCE.netTestKit）：系統(tǒng)為驅(qū)動程序開發(fā)提供了基本的測試工具集；基礎配置：為各種流行的設備類別預置的可操作系統(tǒng)基礎平臺，為自定義操作系統(tǒng)的創(chuàng)建提供了一個起點。PlatformBuilder的開發(fā)界面如圖1-1所示。圖1-1PlatformBuilder開發(fā)界面3BSP原理簡述BSP又稱板級支持軟件包，它是一個包括啟動程序、OEM適配層程序（OAL）、標準開發(fā)板（SDB）和相關(guān)硬件設備驅(qū)動程序的軟件包。BSP是基于WindowsCE平臺系統(tǒng)的主要部分，它是由一些源碼和二進制文件組成。對于嵌入式系統(tǒng)來說，它沒有像PC機那樣具有廣泛使用的各種工業(yè)標準，各種嵌入式系統(tǒng)的不同應用需求決定了它選用的各自定制的硬件環(huán)境，這種多變的硬件環(huán)境決定了無法完全由操作系統(tǒng)來實現(xiàn)上層軟件與底層硬件之間的無關(guān)性。因此各種商用實時操作系統(tǒng)都采用了分層設計的方法，它將系統(tǒng)中與硬件直接相關(guān)的一層軟件獨立出來，稱之為BoardSupportPackage(板級支持軟件包，簡稱BSP)。顧名思義，BSP是針對某個單板而設計的，它對于用戶(開發(fā)者)是開放的，用戶可以根據(jù)不同的硬件需求對其作改動或二次開發(fā)，而操作系統(tǒng)本身僅僅提供了CPU內(nèi)核的無關(guān)性。BSP在系統(tǒng)中的角色，很相似于BIOS在PC統(tǒng)中的地位。BSP在系統(tǒng)中所處的位置，如圖1-2所示,它位于硬件平臺與操作系統(tǒng)或應用軟件之間，用于屏蔽上層軟件對各種硬件的相關(guān)性。圖1-2BSP在系統(tǒng)中的位置BSP的主要功能在于配置系統(tǒng)硬件使其工作在正常狀態(tài)，并且完成硬件與軟件之間的數(shù)據(jù)交互，為OS及上層應用程序提供一個與硬件無關(guān)的軟件平臺。在PlatformBuilder中，微軟提供了對十幾中標準開發(fā)板（SDB）支持的BSP，這些BSP覆蓋了所有WindowsCE可支持的處理器類型，它可使開發(fā)者快速地評估各種操作系統(tǒng)特性并減少新產(chǎn)品開發(fā)時間。四、實驗組織運行要求根據(jù)本實驗的特點、要求和具體條件，采用以學生自主訓練為主的開放模式組織教學。重點：WindowsCE內(nèi)核的配置、編譯方法；構(gòu)建特定開發(fā)平臺的WinCE系統(tǒng)方法；熟悉PlatformBuilder開發(fā)工具使用方法。難點：構(gòu)建特定開發(fā)平臺的WinCE系統(tǒng)方法五、實驗條件裝有WinCE、XScalePXA270開發(fā)環(huán)境和VS的PC機或虛擬機六、實驗步驟1、安裝XSBase270的BSP為了使PlatformBuilder支持XSBase270開發(fā)板的硬件資源系統(tǒng)，在安裝WindowsCE之后需要安裝XSBase270的板級支持軟件包（BSP）。具體安裝步驟：雙擊隨開發(fā)板提供的BSP安裝文件，進入BSP安裝向?qū)鐖D1-3所示。圖1-3XSBase270BSP安裝向?qū)О础癗ext”按鈕，進入安裝過程，BSP自動選擇WindowsCE安裝目錄（D:\WINCE500）,如圖1-4所示。圖1-4BSP安裝目錄界面按“Install”按鈕，進行BSP的安裝。如圖1-5所示。圖1-5BSP安裝過程界面BSP安裝完成后，安裝向?qū)崾景惭b完成界面，按“Finish”按鈕，完成BSP的安裝。如圖1-6所示。圖1-6BSP安裝完成界面XSBase270的BSP安裝完成后，啟動PlatformBuilder，在PlatformBuilder的特性目錄區(qū)(Catalog)的第三方BSP（ThirdParty）節(jié)點下出現(xiàn)所安裝的XSBase270的BSP（EmdoorSystemXSBase270：ARMV4I），如圖1-7所示。圖1-7PlatformBuilder中XSBase270的BSP2、實驗平臺的配置第一步：新建一個目標平臺：a)選擇菜單項“File”->“NewPlatformWizard.”；b)輸入目標平臺名稱和保存的位置，如圖1-8所示圖1-8目標平臺名稱和保存路徑界面c)為目標平臺選擇所支持的BSP，XSBase270開發(fā)板選擇選擇“EMDOORSYSTEMXSBASE270:ARMV4I”平臺，如圖1-9所示；圖1-9BSP選擇界面d)為新建的目標平臺選擇一個合適的模板配置，如圖1-10所示；圖1-10設計模板配置e)在“Application&Media”選擇有關(guān)特性（本實驗選則默認項）；如圖1-11所示圖1-11Applications&Media選擇界面f)在“Networking&Communications”中選擇可用特性（默認項）；如圖1-12所示圖1-12Networking&Communications配置界面g)完成“NewPlatformWizard.”，如圖1-13所示圖1-13平臺配置完成界面第二步：平臺的配置a)選擇菜單項“Platform”－>“Setting”。b)在“PlatformSettings”對話框中設置“General”選項卡。選中“Release”，如圖1-14所示圖1-14編譯類型設置c)在“PlatformSettings”對話框中設置“BuildOptions”選項卡；針對該XSBase270開發(fā)板實驗平臺的選項配置如圖1-15所示圖1-15編譯選項配置第三步：配置系統(tǒng)組件和特性如圖1-16所示，左邊的workspace區(qū)顯示的是所配置的WinCE操作系統(tǒng)所具有的組件，右邊的Catalog區(qū)顯示的則是PB提供的能夠加入到WinCE操作系統(tǒng)的所有組件。實驗者可以在右邊的catalog區(qū)中選擇自己需要的設備驅(qū)動程序和功能組件。如果決定要添加它到左邊的workspace區(qū)以參加編譯，通過右擊選項再選擇“AddtoOSDesign”。圖1-16系統(tǒng)組件特性界面a)添加XSBase270實驗平臺提供的設備驅(qū)動程序XSBase270實驗平臺的驅(qū)動程序由平臺BSP提供，其中包括輸入設備（InputDevices）、網(wǎng)絡設備（Networking）、PC卡（PCCard）、SD卡、串口、觸摸屏、USB設備等；另外還包括EmdoorOEM驅(qū)動程序（主要包括：CAN總線驅(qū)動、IDE接口驅(qū)動、LED顯示驅(qū)動、電機接口驅(qū)動等）。如果用戶想向新建平臺添加設備驅(qū)動程序，通過右擊選項再選擇“AddtoOSDesign”即可。如圖1-17所示圖1-17XSBase270的BSP提供的驅(qū)動程序b)添加系統(tǒng)功能組件系統(tǒng)的功能組件屬于平臺無關(guān)部分，由PlatformBuilder開發(fā)環(huán)境統(tǒng)一提供。它們均是在CoreOs目錄下進行添加，如圖1-17所示。用戶可以根據(jù)實驗的需要添加系統(tǒng)功能組件，本實驗中添加以下系統(tǒng)功能組件：①添加數(shù)據(jù)同步的組件：CoreOS—>WindowsCEdevices—>Applications-EndUser—>ActiveSync—>FileSync；②圖片瀏覽器的添加：CoreOS－WindowsCEdevices－Applications-EndUser—FileViewers—MicrosoftImageViewer③大的軟鍵盤組件的添加：CoreOS—>WindowsCEdevices—ShellandUserInterface—>SoftwareInputPanel—>Software-basedInputPanel(SIP)(Choose1ormore)—>SIPforLargeScreens④文件系統(tǒng)的添加：CoreOS—>WindowsCEdevices—>FileSystemsandDataStore—>StorageManager—>FATFileSystem；⑤配置信息保存模塊添加：CoreOS—>WindowsCEdevices—>FileSystemsandDataStore—RegistryStorage(Choose1)—>Hive-basedRegistry；⑥CF卡模塊的添加：Catalog—>DeviceDrivers—StorageDevices—>CompactFlash/PCCardStorage(ATADISK)⑦添加無線CF卡：CoreOS－>WindowsCEdevices—>CommunicationServicesandNetworking—>Networking-LocalAreaNetwork(LAN)—>WirelessLAN(802.11)⑧EVC調(diào)試程序組件模塊的添加：Catalog—>PlatformManager—>PlatformManager圖1-18添加系統(tǒng)功能組件3、平臺的編譯，構(gòu)建系統(tǒng)，生成映像文件選擇菜單項BuildOS—>Sysgen對平臺進行編譯（如圖1-19所示），如果沒出任何錯誤，編譯完成后將生成一個系統(tǒng)映象文件，該文件被放在所建工程所保存的目錄下的/RelDir/工程名_ARMV4I_Release目錄下（本實驗的編譯后的映像文件NK.bin保存在D:\WINCE500\PBWorkspaces\xsbase270\RelDir\XSBase270_ARMV4I_Release目錄下）。具體編譯鏈接花費的時間根據(jù)你的宿主機的速度和你所配置平臺的大小而定。一般需要20～30分鐘。圖1-19平臺的編譯4、代碼下載測試超級終端的配置—超級終端的通信參數(shù)設置（如圖1-20所示）圖1-20超級終端設置啟動目標平臺，超級終端顯示BootLoader配置選項（如圖1-21），如果需要下載新的映像文件，則第三項必須為：3）DHCP：Disable，第五項必須為：5)Downloadnewimageatstartup圖1-21目標板的BootLoader菜單配置選項PlatformBuilder配置：選擇菜單項Target—>ConnectivityOptions進行連接選項配置，如圖1-22所示。下載方式采用以太網(wǎng)下載，單擊“Settings”按鈕，對以太網(wǎng)進行配置，如圖1-22所示。假如沒有接收到設備名：XSBASE2960的話，檢查網(wǎng)線是否連接好，可以查看板子上，以太網(wǎng)端口旁的指示燈是否點亮。然后檢查XSBASE2960的IP是否跟你的PC機在同一網(wǎng)段。圖1-22目標板連接配置 圖1-23下載以太網(wǎng)配置下載測試選擇菜單項Target—>AttachDevice，進行設備連接，如果設備連接正常，PlatformBuilder將編譯好的映像文件NK.bin通過以太網(wǎng)下載到目標板中，圖1-24為PlatformBuilder下載進程。圖1-24映像文件下載進程同時超級終端顯示映像文件下載情況，當超級終端出現(xiàn)下面的字樣的時候，表示映像文件已經(jīng)下載到目標板的Flash存儲器中。FlashWrite:Savedendsector(s)First0x206(Length=0x1FA).FlashErase:Unlockingflashblock(s)[0x1,0x1](pleasewait):Done.Erasingflashblock(s)[0x1,0x1](pleasewait):.Done.FlashWrite:Restoredendsector(s)First0x206(Length=0x1FA).Writingtoflash(pleasewait):Done.隨后斷電或按復位鍵重新啟動，并將超級終端的第5項改為“Launchexistingflashresidentimageatstartup.”然后按“L”字母。系統(tǒng)將啟動起來。七、思考題1、如何使用PB編譯一個MobileHandlheld的平臺？2、請描述PlatformBuilder的功能;3、如何確定組件已經(jīng)添加到PB中？4、請編譯一個在PC機仿真（Emulator）運行的WindowsCE系統(tǒng)？八、實驗報告

在實驗前每位同學都需要對本次實驗進行認真的預習，并寫好預習報告，在預習報告中要寫出實驗目的、要求，需要用到的儀器設備、物品資料以及簡要的實驗步驟，形成一個操作提綱。對實驗中的安全注意事項及可能出現(xiàn)的現(xiàn)象等做到心中有數(shù)，但這些不要求寫在預習報告中。

設計性實驗要求進入實驗室前寫出實驗方案，并經(jīng)指導教師審閱后實施。

學生開始實驗時，應該將記錄本放在近旁，將實驗中所做的每一步操作、觀察到的現(xiàn)象和所測得的數(shù)據(jù)及相關(guān)條件如實地記錄下來。

實驗記錄中應有指導教師的簽名。

主要內(nèi)容包括對實驗數(shù)據(jù)、實驗中的特殊現(xiàn)象、實驗操作的成敗、實驗的關(guān)鍵點等內(nèi)容進行整理、解釋、分析總結(jié)，回答思考題，提出實驗結(jié)論或提出自己的看法。實驗二線程同步調(diào)試實驗實驗學時：2實驗類型：驗證實驗要求：必修一、實驗目的1、了解WinCE下IO訪問機制和原理；2、掌握WinCE線程編程方法；3、掌握線程同步原理和實現(xiàn)線程同步的方法4、熟悉VS.Net的開發(fā)環(huán)境；二、實驗內(nèi)容1、了解在WindowsCE下線程編程方法；2、掌握利用線程同步實現(xiàn)線程同步的基本原理；3、掌握線程同步編程；4、掌握VS.net編程方法三、實驗原理、方法和手段1、線程概述WinCE是有優(yōu)先級的多任務操作系統(tǒng)，它允許重功能、進程在相同時間的系統(tǒng)中運行，WinCE支持最大的32位同步進程。一個進程包括一個或多個線程，每個線程代表進程的一個獨立部分，而一個線程被指定為進程的基本線程。WinCE以搶先方式來調(diào)度線程。線程以“時間片”為單位來運行，WinCE的“時間片”通常為25毫秒。過來那個時間后，如果線程沒有放棄它的時間片，并且線程并不緊急，系統(tǒng)就會掛起線程并調(diào)度另一個線程來運行。WinCE將根據(jù)優(yōu)先級方法來決定要運行的線程，高優(yōu)先級的線程將在低優(yōu)先級的線程前面調(diào)度。2、線程API函數(shù)2.1創(chuàng)建線程WinCE提供了CreateThread函數(shù)來創(chuàng)建線程，其聲明如下：HANDLECreateThread(LPSECURITY_ATTRIBUTESlpThreadAttributes,//線程安全指針，不支持DWORDdwStackSize,//為自己所使用堆棧分配的地址空間大小，不支持LPTHREAD_START_ROUTINElpStartAddress,//線程函數(shù)地址LPVOIDlpParameter,//傳入線程函數(shù)的參數(shù)DWORDdwCreationFlags,//控制線程創(chuàng)建的附加標志LPDWORDlpThreadId//新線程的ID值);WinCE不支持lpThreadAttributes和dwStackSize參數(shù)，將它們設置成NULL和0即可。lpStartAddress指向線程函數(shù)的地址；lpParameter被傳遞到線程中的參數(shù)；dwCreationFlags線程創(chuàng)建參數(shù)，可以設置成0或CREATE_SUSPENDED，如果為0，表示線程立即執(zhí)行，如果參數(shù)為CREATE_SUSPENDED，則被創(chuàng)建的線程將處于掛起狀態(tài)，而且必須要調(diào)用ResumeThread函數(shù)將其喚醒。2.2掛起和恢復線程正在運行的線程可以被掛起、暫停執(zhí)行。同他使用SuspendThead函數(shù)即可實現(xiàn)以上功能，該函數(shù)的聲明如下：DWORDSuspendThread(HANDLEhThread);參數(shù)hThead代表要掛起線程的句柄。由于SuspendThread函數(shù)的調(diào)用將增加掛起計數(shù)，因此在實際調(diào)度線程運行之前，對SuspendThread函數(shù)的多次調(diào)用必須與對ResumeThread函數(shù)的多次調(diào)用相匹配。ResumeThread函數(shù)的定義DWORDResumeThread{HANDLEhThread};參數(shù)hThead同樣代表要恢復線程的句柄。3線程同步在使用線程時，會經(jīng)常遇到兩個概念，即線程沖突和線程死鎖。線程沖突：如果線程A讀寫數(shù)據(jù)G，線程B也正在讀取數(shù)據(jù)G，那么很顯然，該操作將導致數(shù)據(jù)沖突，引起數(shù)據(jù)混亂。這里需要使用同步技術(shù)，以保證線程A和線程B依次讀寫數(shù)據(jù)G，避免數(shù)據(jù)沖突。線程死鎖：例如A工人為加工III零件在等待B提供的I零件，而B正好在等待應由A加工提供的II零件來裝配I零件。由于他們之間再沒有其他的任何人幫助通信或其他通信手段。所以他們一直在等對方的零件而進入死鎖狀態(tài)。死鎖屬于邏輯錯誤，無法通過線程同步來解決。WinCE實現(xiàn)線程同步的常用方法：事件（Event）、互斥（Mutex）、信號量（Semaphore）、臨界區(qū)（CriticalSection）。3.1利用事件同步“事件對象”是實現(xiàn)線程同步最基本的方法之一，一個事件對象可以處于“已標示”和“未標示”兩種狀態(tài)，如果將事件對象設置為“已標示”狀態(tài)，表示可以執(zhí)行同步操作，事件對象處于“未標示”狀態(tài)，則表示需要等待事件對象變?yōu)椤耙褬耸尽睜顟B(tài)才可以進行同步操作。下面介紹利用事件同步所需要的API函數(shù)。（1）CreateEvent函數(shù)。創(chuàng)建事件對象函數(shù)CreateEvent，其聲明如下：HANDLECreateEvent(LPSECURITY_ATTRIBUTESlpEventAttributes,//CE不支持，設為NULLBOOLbManualReset,//設置是否手動設置事件對象狀態(tài)BOOLbInitialState,//事件對象初始狀態(tài)LPTSTRlpName//事件對象名稱);參數(shù)bManualReset表示是否手動設置事件對象狀態(tài)，當其值為TRUE時，在調(diào)用完等待函數(shù)（WaitForSingObject，WaitForMutipleObject）后，則必須調(diào)用ResetEvent函數(shù)，以設置事件對象沒有被標示，當其值為FALSE時，系統(tǒng)調(diào)用完等待函數(shù)，會自動將事件對象設置為未標示狀態(tài)。參數(shù)bInitialState表示事件對象初始狀態(tài)，當其值為TRUE是，事件對象初始化狀態(tài)為已標示，當其值為FALSE時，事件對象初始狀態(tài)為未標示。如果創(chuàng)建事件函數(shù)對象CreateEvent執(zhí)行成功，將返回事件對象句柄。若失敗，則返回0，在不用事件句柄時，需要使用CloseHandle()將其關(guān)閉，以釋放資源。（2）SetEvent函數(shù)和ResetEvent函數(shù)。函數(shù)SetEvent（）的功能是將事件對象設置為已標示狀態(tài)。該函數(shù)的聲明如下：BOOLSetEvent（HANDLEhEvent）;參數(shù)hEvent表示事件對象句柄。函數(shù)ResetEvent函數(shù)功能將事件對象設置成未標示狀態(tài)，該函數(shù)的聲明如下：BOOLResetEvent（HANDLEhEvent）;(3)使用事件同步的一般使用流程通常情況，在主線程中，用戶利用CreateEvent函數(shù)創(chuàng)建一個事件對象，并且將參數(shù)bManualReset設為FALSE，參數(shù)bInitialState也設為FALSE，此時事件對象狀態(tài)未標示。然后在線程里通過WaitForSingleObject函數(shù)來等待事件被標示。此時，只要在主線程中調(diào)用SetEvent函數(shù)，將事件對象設置成已標示。那么線程里的WaitForSingleObject函數(shù)便會返回，繼續(xù)執(zhí)行，同時將事件對象狀態(tài)設置成未標示。3.2利用互斥同步互斥同步類似于事件對象同步。互斥同步也將創(chuàng)建一個互斥對象，該互斥對象也有“被線程擁有”和“不被線程擁有”兩種狀態(tài)；當互斥對象處于“不被線程擁有”狀態(tài)，表示可以執(zhí)行相關(guān)操作；當互斥對象處于“被線程擁有”狀態(tài)，表示此時不可以執(zhí)行相關(guān)操作。通過等待函數(shù)請求互斥對象實現(xiàn)同步。（1）CreateMutex函數(shù)。通過CreateMutex函數(shù)創(chuàng)建互斥對象，該函數(shù)定義如下：HANDLECreateMutex(LPSECURITY_ATTRIBUTESlpMutexAttributes,//CE不支持BOOLbInitialOwner,//初始化擁有狀態(tài)，TRUE表示擁有，F(xiàn)ALSE表示未被擁有LPCTSTRlpName//互斥名稱);如果創(chuàng)建互斥函數(shù)對象CreateMutex執(zhí)行成功，將返回互斥對象句柄。若失敗，則返回ERROR_INVALID_HANDLE，在不用互斥句柄時，需要使用CloseHandle()將其關(guān)閉，以釋放資源。（2）ReleaseMutex函數(shù)。在使用等待函數(shù)請求互斥對象時，如果請求到互斥對象的擁有權(quán)，則等待函數(shù)將自動設置互斥對象狀態(tài)為“未被擁有”。ReleaseMutex函數(shù)負責釋放某個線程對象互斥對象的擁有權(quán)，也就是將互斥對象設置為“未被線程擁有”狀態(tài)。ReleaseMutex函數(shù)定義如下：BOOLReleaseMutex（HANDLEhHandle）；hHandle表示互斥對象句柄；（3）利用互斥同步的一般使用流程利用互斥同步的一般使用流程是：首先利用CreateMutex函數(shù)創(chuàng)建互斥對象，并將CreateMutex中的參數(shù)bInitialOwer設置為FALSE，使互斥對象處于“未被線程擁有”狀態(tài)。然后利用WaitForObject等待互斥對象，執(zhí)行相關(guān)操作。處理完成后，利用ReleaseMutex函數(shù)釋放線程對互斥對象的擁有權(quán)。當所有線程執(zhí)行完畢后，需要使用CloseHandle()將其關(guān)閉。3.3利用臨界區(qū)同步“臨界區(qū)”是進行線程同步的另一種方法，它能夠阻止兩個或多個不同的線程在同一時間內(nèi)訪問同一個代碼區(qū)域。它通過調(diào)用EnterCriticalSection函數(shù)來指出已經(jīng)進入代碼的臨界區(qū)，如果另一線程也調(diào)用了EnterCritialSection函數(shù)，并且參數(shù)指向同一臨界區(qū)對象，那么另一線程將阻塞，直到第一個線程調(diào)用了LeaveCriticalSection函數(shù)離開臨界區(qū)為止。臨界區(qū)同步所需要的API函數(shù)：(1)InitializeCriticalSection函數(shù)。如果要使用臨界區(qū)，首先要使用InitializeCriticalSection函數(shù)創(chuàng)建臨界區(qū)，該函數(shù)定義如下：voidInitializeCriticalSection(LPCRITICAL_SECTIONlpCriticalSection);（2）DeleteCriticalSection函數(shù)，當結(jié)束使用臨界區(qū)對象時，必須調(diào)用DeleteCriticalSection函數(shù)釋放臨界區(qū)對象所占有的資源。該函數(shù)定義如下：voidDeleteCriticalSection(LPCRITICAL_SECTIONlpCriticalSection);（3）EnterCriticalSection函數(shù)，在創(chuàng)建了臨界區(qū)對象后，需要調(diào)用EnterCriticalSection函數(shù)進入臨界區(qū)，以保護代碼，該函數(shù)定義如下：voidEnterCriticalSection(LPCRITICAL_SECTIONlpCriticalSection);如果臨界區(qū)對象已經(jīng)屬于另一個線程，那么此函數(shù)將阻塞直到另一線程離開臨界區(qū)才返回。（4）LeaveCriticalSection函數(shù)。如果要離開臨界區(qū)，只需要調(diào)用LeaveCriticalSection函數(shù)即可。該函數(shù)定義如下：voidLeaveCriticalSection(LPCRITICAL_SECTIONlpCriticalSection);3.3利用信號量同步信號量是建立在互斥基礎上，并增加了資源計數(shù)的功能。它允許預定數(shù)目的線程同時進入要同步的代碼。通過設置信號量計數(shù)為1，只允許一個線程同時訪問同步代碼，而實現(xiàn)線程同步。信號量同步所需要的API函數(shù)：（1）CreateSemaphore函數(shù)。在使用信號量實現(xiàn)同步時，需要調(diào)用CreateSemaphore函數(shù)創(chuàng)建信號量對象。該函數(shù)定義如下：HANDLECreateSemaphore(LPSECURITY_ATTRIBUTESlpSemaphoreAttributes,//CE不支持LONGlInitialCount,//信號量初始化計數(shù)值LONGlMaximumCount,//信號量計數(shù)最大值LPCTSTRlpName//信號量對象名稱);如創(chuàng)建信號量成功，函數(shù)返回信號量對象句柄，否則返回NULL值。（2）ReleaseSemaphore函數(shù)。在使用等待函數(shù)請求信號量時，等待函數(shù)自動給信號量計數(shù)減1，那么當計數(shù)減到0時，信號量對象將不能被請求。ReleaseSemaphore函數(shù)負責給信號量計數(shù)加值，使信號量可以被請求。此函數(shù)定義如下：BOOLReleaseSemaphore(HANDLEhSemaphore,//信號量句柄LONGlReleaseCount,//信號量計數(shù)增加的值LPLONGlpPreviousCount//輸出量，表示上一次信號量計數(shù));4、線程同步實驗原理（1）在PXA270目標板上具有8個LED發(fā)光二極管，利用線程函數(shù)實現(xiàn)在LED點亮左移后便進行點亮右移，并循環(huán)進行。其中LeftShiftThread(LPVOIDparam)線程函數(shù)完成左移，RightShiftThread(LPVOIDparam)線程函數(shù)完成右移。由于兩線程函數(shù)對同一物理地址和同一輸入變量outdata進行操作，所以需要利用線程同步技術(shù)進行線程同步。下面為左移線程代碼：（右移代碼參考源程序）DWORDCThreadSyncDlg::LeftShiftThread(LPVOIDparam){CThreadSyncDlg*pDlg=(CThreadSyncDlg*)param;if(pDlg->m_CtrlEvent.GetCheck()){//利用事件同步while(1){WaitForSingleObject(pDlg->m_hSyncEvent,INFINITE);//等待事件標示pDlg->outdata=0x01;for(inti=0;i<8;i++){*pLightReg=~(pDlg->outdata);Sleep(m_ShiftTime);pDlg->outdata=(pDlg->outdata)<<1;if(pDlg->m_bStop)//停止return0;}SetEvent(pDlg->m_hSyncEvent);//標示事件}}if(pDlg->m_CtrlMutex.GetCheck()){//互斥同步while(1){WaitForSingleObject(pDlg->m_hSyncMutex,INFINITE);//等待互斥pDlg->outdata=0x01;for(inti=0;i<8;i++){*pLightReg=~(pDlg->outdata);Sleep(m_ShiftTime);pDlg->outdata=(pDlg->outdata)<<1;if(pDlg->m_bStop){ReleaseMutex(pDlg->m_hSyncMutex);return0;}}ReleaseMutex(pDlg->m_hSyncMutex);//釋放互斥對象}}if(pDlg->m_CtrlSemaphore.GetCheck()){//信號量同步while(1){WaitForSingleObject(pDlg->m_hSynSemaphore,INFINITE);pDlg->outdata=0x01;for(inti=0;i<8;i++){*pLightReg=~(pDlg->outdata);Sleep(m_ShiftTime);pDlg->outdata=(pDlg->outdata)<<1;if(pDlg->m_bStop){ReleaseSemaphore(pDlg->m_hSynSemaphore,1,NULL);return0;}}ReleaseSemaphore(pDlg->m_hSynSemaphore,1,NULL);}}if(pDlg->m_CtrlCritical.GetCheck()){//臨界區(qū)同步while(1){EnterCriticalSection(&(pDlg->m_critical_Section));//進入臨界區(qū)pDlg->outdata=0x01;for(inti=0;i<8;i++){*pLightReg=~(pDlg->outdata);Sleep(m_ShiftTime);pDlg->outdata=(pDlg->outdata)<<1;if(pDlg->m_bStop){LeaveCriticalSection(&(pDlg->m_critical_Section));return0;}}LeaveCriticalSection(&(pDlg->m_critical_Section));//離開臨界區(qū)}}if(pDlg->m_CtrlNone.GetCheck()){//沒有使用同步技術(shù)while(1){pDlg->outdata=0x01;for(inti=0;i<8;i++){*pLightReg=~(pDlg->outdata);Sleep(m_ShiftTime);pDlg->outdata=(pDlg->outdata)<<1;if(pDlg->m_bStop)return0;}}}return0;}（2）線程開啟過程voidCThreadSyncDlg::OnbtnExecute(){HANDLEm_hLeftThread;HANDLEm_hRighthread;m_bStop=FALSE;if(m_CtrlEvent.GetCheck())::SetEvent(m_hSyncEvent);m_hLeftThread=::CreateThread(NULL,0,LeftShiftThread,this,0,NULL);//創(chuàng)建左移線程m_hRighthread=::CreateThread(NULL,0,RightShiftThread,this,0,NULL);//創(chuàng)建右移線程if(!m_hLeftThread)MessageBox(_T("CreateLeftShiftThreadFailed"),_T("SystemInformation"),MB_OK|MB_ICONERROR);if(!m_hRighthread)MessageBox(_T("CreateRightShiftThreadFailed"),_T("SystemInformation"),MB_OK|MB_ICONERROR);CloseHandle(m_hLeftThread);CloseHandle(m_hRighthread);}（3）線程同步量初始化BOOLCThreadSyncDlg::OnInitDialog(){CDialog::OnInitDialog();SetIcon(m_hIcon,TRUE);//SetbigiconSetIcon(m_hIcon,FALSE);//SetsmalliconCenterWindow(GetDesktopWindow());//centertothehpcscreenif(!InitLightReg()){MessageBox(L"InitLightRegisterFailed",L"SystemInform",MB_OK|MB_ICONERROR);returnFALSE;}m_CtrlEvent.SetCheck(1);m_hSyncEvent=::CreateEvent(NULL,false,false,NULL);//創(chuàng)建事件同步對象m_hSyncMutex=::CreateMutex(NULL,false,NULL);//創(chuàng)建互斥同步對象m_hSynSemaphore=CreateSemaphore(NULL,1,1,NULL);//創(chuàng)建信號量同步對象InitializeCriticalSection(&m_critical_Section);//創(chuàng)建臨界區(qū)同步對象returnTRUE;}（4）同步變量的釋放voidCThreadSyncDlg::OnDestroy(){if(m_hSyncEvent)CloseHandle(m_hSyncEvent);if(m_hSyncMutex)CloseHandle(m_hSyncMutex);if(m_hSynSemaphore)CloseHandle(m_hSynSemaphore);DeleteCriticalSection(&m_critical_Section);CDialog::OnDestroy();}四、實驗組織運行要求根據(jù)本實驗的特點、要求和具體條件，采用以學生自主訓練為主的開放模式組織教學。重點：WindowsCE下線程編程方法；線程同步編程。難點：線程同步實現(xiàn)線程同步的基本原理。五、實驗條件裝有WinCE、XScalePXA270開發(fā)環(huán)境和VS的PC機或虛擬機六、實驗步驟第一步：連接好實驗系統(tǒng)，打開實驗箱電源。第二步：利用VisualS打開線程同步調(diào)試工程文件，進行編譯：第三步：編譯該代碼，點擊運行按鈕，這樣程序就會下載到XSBase270目標板板上運行。運行界面如圖2-1所示。圖2-1線程同步調(diào)試實驗運行界面第四步：線程調(diào)試實驗程序操作過程在分別選中事件同步（Event）、互斥同步（Mutex）、信號量同步（Semaphore）、臨界區(qū)同步（CriticalSection）后，按下“Execute”按鈕（Execute），觀察LED發(fā)光二極管的點亮現(xiàn)象；按下“Stop”按鈕使LED發(fā)光二極管停止移動。選中沒有利用線程同步方法“None”，按下“Execute”按鈕，觀察LED發(fā)光二極管的點亮現(xiàn)象；七、思考題1、如果在線程運行過程中，需要采用事件的方法停止線程的運行，該怎樣修改程序？2、如果只需要每次完成發(fā)光二極管一次左移和右移操作，隨即自動停止，怎樣修改源程序？3、在編寫線程程序時，需要注意哪些問題？八、實驗報告

在實驗前每位同學都需要對本次實驗進行認真的預習，并寫好預習報告，在預習報告中要寫出實驗目的、要求，需要用到的儀器設備、物品資料以及簡要的實驗步驟，形成一個操作提綱。對實驗中的安全注意事項及可能出現(xiàn)的現(xiàn)象等做到心中有數(shù)，但這些不要求寫在預習報告中。

設計性實驗要求進入實驗室前寫出實驗方案，并經(jīng)指導教師審閱后實施。

學生開始實驗時，應該將記錄本放在