第4回　Windows Embedded CE 6.0の中を見る

杉本拓也，松井俊訓

2008.03.19

杉本拓也（すぎもとたくや/左）
松井俊訓（まついとしのり/右）
株式会社富士通ソフトウェアテクノロジーズ

　組み込み開発が情報システム開発と大きく違う点の1つは、OSの構築作業です。情報システム開発は既に完成品として提供されたOSを使用しますが、組み込み開発では、機器に合わせて開発者がOSを構築しなければなりません。

　そのため、組み込み開発者にはOSの機能や構成に関する詳細な知識が不可欠です。今回は、組み込みOS「Windows Embedded CE 6.0」の中がどのような構成になっているかを説明します。

コンポーネント形式のOSアーキテクチャ

　Windows Embedded CE 6.0 の大きな特徴は、コンポーネント形式のアーキテクチャで設計されていることです。図1は、Windows Embedded CE 6.0 を構成するコンポーネントの全体像です。

図1●Windows Embedded CE 6.0 を構成するコンポーネント
[画像のクリックで拡大表示]

　各コンポーネントは、図の上部の「ユーザースペース」と下部の「カーネルスペース」の2つに大きく分けて配置されます。ユーザースペースにはアプリケーション、シェル、サービス、ユーザーモードドライバなどが配置され、カーネルスペースには、OAL（OEM Adaptation Layer：OEMアダプテーション層）、カーネル、デバイスマネージャ、カーネルモードドライバ、GWES（Graphics,Windowing,and Event Subsystem：グラフィックス、ウィンドウ、イベントサブシステム）など、OSの中核をなす機能が配置されます。

　Windows Embedded CE 6.0 のOS構築作業では、これから開発しようとする組み込み機器（ターゲットデバイス）に合わせてこれらのコンポーネントを実装し、その機器に合ったOSイメージを作成します。では、これらの各コンポーネントの機能について順番に解説しましょう。

ブートローダ

　多くの組み込み機器では、起動時にまずOSがそのデバイスにロードされ、それからOSが起動されます。ブートローダとは、OSを起動するときに、まずOSイメージをターゲットデバイスのRAM上にロードする役割を持つモジュールです。図1に示すように、ブートローダはOSとは別のモジュールとして存在します。通常の組み込み機器では、ブートローダがRAM上にOSイメージをロードしますが、OSイメージが格納されているROM領域自体をブートアップできるハードウェアの場合には、必ずしもブートローダを必要としません。

　ブートローダがOSイメージをロードする方法には、大きく分けて次の2通りあります。

フラッシュメモリなどのROM領域に格納されているOSイメージをロードする方法
イーサネット、USB、シリアルなどを介してターゲットデバイスと接続した開発用パソコンOSイメージをロードする方法

　このうち、後者の（開発用パソコンからOSイメージをロードする）方法は、主に開発時に利用されます。開発中は頻繁にOSイメージを変更するので、前者の方法ではROMを毎回更新しなければならず、効率が悪いためです。

　開発用パソコンからOSイメージをロードする場合は、ターゲットデバイスからブロードキャストされるBOOTMEと呼ばれるパケットを利用します。このBOOTMEパケットが開発PC上の開発環境Visual Studio によって認識され、ターゲットデバイスと紐付けされます。そして、TFTP（Trivial FTP）というプロトコルによってOS イメージが転送され、ターゲットデバイスにロードされます

OAL（OEM Adaptation Layer）

　OALとは、図1に示すようにハードウェアとカーネルの中間に位置し、カーネルに対してハードウェアの違いを抽象化する働きを持つレイヤです。パソコンのアーキテクチャでいうとBIOSの働きをする部分に相当します。Windows Embedded CE 6.0 のOS構築では、このOALの開発が最初の作業となります。

　OALは、OSの起動時にターゲットとなるハードウェアに対して、OSの基本的な機能であるCPU、メモリ、割り込み、タイマなどに関係する処理を行います。このときに、MMU（Memory Management Unit ：メモリ管理ユニット）の有効化と、システムの仮想メモリへの切り替えが行われ、これによってWindows Embedded CE 6.0 のカーネルが仮想メモリ空間で動作できるようになります。

　OALには多くの実装が必要です。OALを開発する場合は、OALの「共通ライブラリ」と呼ばれるソースコードがPlatform Builderに用意されているので、この共通ライブラリを上手に利用してOALの開発工数の軽減を図ります。

KITL（Kernel Independent Transport Layer）

　KITLは、カーネルデバッガ、リモートツール、デバッグメッセージ、デバッグシェル（ターゲットコントロール）といったWindows Embedded CE 6.0 のリモートサービスによって利用される通信レイヤです。ターゲットデバイスによっては不要ですが、OSの開発時に開発用パソコンからリモート制御を利用するときは必要です。KITLはKITL.DLL として実装され、次のインターフェイスが利用できます。