基于WinCE 6.0 R2与eBox 4300的嵌入式系统开发教程

本书《WinCE 6.0 R2 和 eBox 4300 嵌入式计算机简明教程与实验练习（美国佐治亚理工学院）》是一本面向大学本科阶段计算机科学、计算机工程和电子工程专业学生的嵌入式系统教学用书，内容围绕 Windows Embedded CE 6.0 R2 实时操作系统（RTOS）以及基于该系统的硬件平台 eBox 4300 展开。该教材的编写背景、教学目标、技术内容与实验安排均体现出嵌入式系统教育的前沿性与实践性，尤其注重学生在嵌入式软件开发、硬件交互、系统集成等方面的能力培养。 首先，从标题来看，“WinCE 6.0 R2”指的是微软开发的嵌入式操作系统 Windows Embedded CE 的一个版本，而“eBox 4300”则是一种基于 X86 架构的嵌入式计算平台，专为教学与实验设计。这两者构成了本书的核心技术平台。Windows Embedded CE 是一种可定制、可裁剪的实时操作系统，广泛应用于工业控制、智能设备、车载系统、医疗仪器等嵌入式领域。它不同于标准的桌面操作系统 Windows，其模块化设计使得开发者可以根据目标设备的硬件资源和功能需求进行灵活配置，从而构建高效、稳定的嵌入式系统。WinCE 6.0 R2 是 CE 系列中的一个增强版本，引入了更多对现代嵌入式处理器架构的支持，增强了网络功能、图形界面能力以及设备驱动的可扩展性。 eBox 4300 是一款专为嵌入式教学与开发设计的低成本、低功耗 X86 片上系统（SoC）计算机。其采用基于 X86 架构的处理器，使得开发者能够使用熟悉的开发工具和编程语言进行嵌入式开发，降低了学习门槛。同时，它具备良好的 I/O 扩展能力，支持多种外设接口，如串口、USB、GPIO、SPI、I2C 等，非常适合用于教学实验和毕业设计项目。本书将 eBox 4300 与 Windows Embedded CE 6.0 R2 结合，旨在让学生在真实的嵌入式系统平台上进行实践操作，掌握从系统配置、驱动开发、应用程序编写到硬件控制的完整开发流程。 书中描述中指出，该教材适用于大学本科阶段的“嵌入式系统”课程和“毕业设计项目”，课程通常为三学分制。这表明该书不仅是一本理论教材，更是一个完整的实验指导手册。教材内容假定学生具备一定的 C 语言或 Java 编程基础、数字电路与计算机体系结构的基础知识，并对操作系统原理有一定了解。这一设定符合当前大多数高校嵌入式课程的前置要求，也体现了嵌入式系统课程的跨学科特性，融合了软件开发与硬件设计的双重内容。 从教学内容来看，本书的第 6 章专门介绍了 Windows Embedded CE 的体系结构，这部分内容不仅可以作为操作系统课程中的案例教学材料，也为学生理解嵌入式操作系统的内部机制提供了理论支撑。嵌入式操作系统与通用操作系统的最大区别在于其实时性、资源占用的精简性和高度的可配置性。Windows Embedded CE 的模块化内核设计允许开发者根据实际需求选择所需组件，从而构建轻量级系统。该章节可能涵盖了 CE 的系统启动流程、内核结构、进程管理、内存管理、设备驱动模型、系统定制工具 Platform Builder 的使用等内容，为学生提供从系统层面理解嵌入式开发的基础。 此外，本书还支持使用 Phidgets 基于 USB 的 I/O 设备和传感器，这为需要进行数据采集与控制的应用提供了硬件扩展的可能性。Phidgets 是一种易于使用的模块化硬件平台，学生可以通过 USB 接口快速连接各种传感器（如温度传感器、光敏传感器、加速度计等）和执行器（如继电器、LED 控制模块等），并使用高级语言（如 C#、C++、Python 等）编写程序对其进行控制。这种基于现成模块的教学方式，有助于学生快速进入嵌入式应用开发的状态，同时也能培养其系统集成和软硬件协同设计的能力。 在实验教学方面，该书强调“合作式问题导向学习”（Cooperative Problem-Based Learning）和“渐进式设计体验”（Progressive Design Experience）等现代教育理念。例如，书中引用了多篇发表于 IEEE Transactions on Education 和 ACM Transactions on Embedded Computing Systems 的论文，这些文献展示了嵌入式系统教学方法的演进趋势，包括跨学科合作、项目驱动学习、竞赛式教学等。通过这些教学方法，学生不仅学习理论知识，还能在实际项目中锻炼团队协作、问题解决和创新设计的能力。 具体来说，书中可能设计了多个层次的实验项目，从基础的系统安装与配置、设备驱动开发，到中高级的嵌入式应用开发、实时控制、网络通信、图形界面设计等。例如： 1. **系统搭建与平台配置**：学生将学习如何使用 Platform Builder 工具创建一个基于 WinCE 6.0 R2 的自定义操作系统镜像，并将其部署到 eBox 4300 上。这个过程涉及 BSP（板级支持包）的配置、驱动程序的添加、系统服务的启用等。 2. **C/C++ 应用程序开发**：在 eBox 4300 上使用 Visual Studio 进行嵌入式应用程序的开发与调试，掌握嵌入式环境下的编译、链接、调试流程。 3. **设备驱动开发**：学生将学习如何为特定的硬件模块（如 LED、按钮、传感器）编写设备驱动程序，理解驱动模型和中断处理机制。 4. **实时系统任务调度**：通过编写多线程程序，学习任务优先级、调度策略、互斥与同步机制等实时系统的核心概念。 5. **嵌入式图形界面开发**：利用 WinCE 提供的 GDI（图形设备接口）库或基于 .NET Compact Framework 的界面库，开发图形用户界面（GUI）应用程序。 6. **网络通信与远程控制**：实现基于 TCP/IP 协议的通信功能，构建嵌入式 Web 服务器或远程控制终端。 7. **毕业设计项目整合**：在课程后期，学生可以基于所学知识，结合 Phidgets 或其他外设，完成一个综合性的嵌入式系统项目，如智能家居控制系统、机器人控制系统、数据采集与监控系统等。 本书的另一个重要特点是其对教学改革的响应。随着嵌入式系统技术的不断发展，传统的基于微处理器/微控制器的教学模式已逐渐被更现代的嵌入式系统课程所取代。这些课程不仅教授硬件设计，更强调软件开发、系统集成与实时性管理。例如，卡内基梅隆大学、加州大学伯克利分校等国际知名高校均在嵌入式教育方面进行了大量改革，并提出了多种教学模型。本书引用了这些高校的研究成果，表明其内容不仅具有实用性，也具备学术深度。 综上所述，本书《WinCE 6.0 R2 和 eBox 4300 嵌入式计算机简明教程与实验练习》是一部集理论讲解、实践操作、教学改革于一体的嵌入式系统教材。它不仅帮助学生掌握嵌入式开发的核心技能，也为高校教师提供了一套完整的教学解决方案。通过学习本书，学生能够深入理解嵌入式操作系统的工作原理，熟练使用 WinCE 6.0 R2 和 eBox 4300 进行项目开发，并具备应对现代嵌入式系统设计挑战的能力。