Archive for 2012/07/04

デバイスエミュレータで WEC 7 を動かす

最初にことわっておきますが、今回の内容は、WinCE 6.0 (Windows Embedded CE 6.0) と WEC 7 (Windows Embedded Compact 7 ) を両方お使いの方が主な対象です。WinCE 6.0 しか使っていらっしゃらない方には、特に関係ない内容ですし、また、WEC 7 だけをお使いの方にも、必要性は低い内容だと思います。もし、あなたが、WinCE 6.0 の ARM ベースのデバイスエミュレータをご利用になっていて、同じものを WEC 7 でも使えないだろうか?と思ったことがあるのなら、今回の内容は、あなたのためのものです。お急ぎなら、途中を飛ばして、今回のエントリの最後の方にある「DeviceEmulator BSP を WEC 7 へ移植する」を読んでみて下さい。

■WinCE 6.0 と Windows Mobile のデバイスエミュレータ
Visal Studio 2008 までは、Pro 以上の版に含まれる Smart Device Development 機能の一部として、ARM ベースのデバイスエミュレータが付属しています。このデバイスエミュレータは、単体でも提供されており、最新版の 3.0(VS 2008 付属のものと同じ版)を、以下のページからダウンロードできます:

 Microsoft Device Emulator 3.0
 http://www.microsoft.com/ja-jp/download/details.aspx?id=5352

デバイスエミュレータがエミュレートしているのは、Samsung 製の、S3C2410 という ARM9 コアのプロセッサを搭載したリファレンスボードです。WinCE 6.0 の Platform Builder をお使いの方ならご存知の通り、WinCE 6.0 には、デバイスエミュレータの BSP が付属しています。そのため、WinCE 6.0 を動かす実機がなくても、デバイスエミュレータの BSP を使って OS イメージをビルドすれば、その OS イメージをデバイスエミュレータで動かし、実機に依存しない部分の開発が可能です。

WinCE 5.0 までは、デバイスエミュレータには Virtual PC が使われていました。つまり、ターゲットプロセッサは x86 でした。WinCE 6.0 では、それが ARM プロセッサになった、というわけです。しかし、後述するように、WEC 7 では、再び Virtual PC がデバイスエミュレータとして採用されました。

以下に、WinCE 6.0 のデバイスエミュレータ、つまり、S3C2410 リファレンスボードのエミュレータの特徴をまとめます:

  • Windows Mobile のエミュレータとしても利用されている。
  • 設定ファイルを作成することにより、スキン画像と入力ボタン/キーパッドを設定できる。
  • ARM プロセッサをエミュレートしている。

どれも、Virtual PC ベースのエミュレータには無いものです。専用の BSP を使って作成した OS イメージをロードして動かせるのは、どちらのエミュレータも同じです。一方、エミュレータから利用できるホスト PC の周辺機器機能は、Virtual PC ベースのエミュレータの方が豊富です。WinCE 6.0 のデバイスエミュレータの方は、実質、Ethernet とシリアルポートのみです。

WinCE 6.0 のデバイスエミュレータでは、周辺機器のエミュレート機能として、ホスト PC のマウス入力に対する、タッチパネル入力のエミュレートや、ホスト PC のディレクトリをメモリカードとしてマウント/エミュレートする、というものがあります。Virtual PC に比べると、利用できるホスト PC の周辺機器機能は貧弱ですが、入力ボタン/キーパッドのエミュレートが可能なことと、ARM プロセッサをエミュレートしているのは、便利な場合があります。

さて、WinCE 6.0 のデバイスエミュレータがエミュレート(シミュレート)しているのは、上述したように、Samsung の ARM9 コアのプロセッサ(S3C2410)のリファレンスボードです。S3C2410 の ARM9 コアは、ARM920T、つまり、命令セットが v4T である ARM9TDMI ファミリです。WinCE 6.0 までの ARM コンパイラは、ARMv4 の命令セットにしか対応していませんでしたので、それで十分でした。しかし、WEC 7 の ARM コンパイラでは、ARMv5/v6/v7 のサポートが追加された代わりに、ARMv4 には対応していません。このことは、このデバイスエミュレータで WEC 7 を動かそうとする場合に、問題となるように思われます。

しかし、心配はいりません。VS 2008 の Smart Device Development 機能に付属する、最新版(3.0)のデバイスエミュレータ(※上述したページから、単体でダウンロードできます)では、ARMv5 の命令セットにも対応しています。デバイスエミュレータのコマンドラインオプションのリファレンスを見ると、/cpucore オプションで ARMv5 を指定することにより、ARMv5 命令セットが有効になると説明されています(デフォルトは、ARMv4):

 デバイス エミュレータのコマンド ライン リファレンス
 http://msdn.microsoft.com/ja-jp/library/aa188169(v=VS.90).aspx

ちなみに、VS 2005 に付属していた版(1.0)、つまり、WinCE 6.0 用としても使われるデバイスエミュレータは、ソースコードを入手可能です:

 Shared Source Microsoft Device Emulator 1.0 Release
 http://www.microsoft.com/en-us/download/details.aspx?id=10865

デバイスエミュレータ 1.0 のソースコードは、上のページに書かれているように、Shared Source ライセンスで提供されていますので、興味がある方は、ご覧になってみて下さい。QEMU など、他のエミュレータと同様なところはあると思いますので、両者を比較しながら読んでみるのも、面白いでしょう。

■WEC 7 での Virtual PC 対応
WEC 7 では、WinCE 6.0 にあった ARM ベースのデバイスエミュレータの BSP は付属せず、代わりに、Virtual PC 用の BSP が付属しています。この BSP に対応した、Virtual PC の仮想マシンイメージ(cevm.vmc)も付属しており、BSP を使って OS イメージを作成すれば、すぐに動かせるようになっています。この仮想マシンイメージを有効にすると、Windows 7 で Windows XP Mode をお使いの場合、Windows Virtual PC の仮想マシンとして、Windows XP Mode に加えて cevm が表示されるようになる筈です。cevm には、WEC 7 のブートローダが組み込まれていますので、起動してブートローダのメニュー画面を表示させ、ネットワーク設定を行えば、Platform Builder を使って OS イメージをダウンロードできます。

WEC 7 での Virtual PC ベースのデバイスエミュレータを使う手順については、リファレンスの次のページをご覧下さい。

 Develop with Virtual CEPC (Windows Embedded Compact 7)
 http://msdn.microsoft.com/en-us/library/jj200433

お使いの PC に WEC 7 をインストール済みの方であれば、
 C:/Program Files/Windows Embedded Compact 7/Documentation/
ディレクトリの中に入っている
 Getting Started with Virtual CEPC.pdf
というドキュメントも、参考になるでしょう。

Virtual PC ベースのデバイスエミュレータを、WinCE 6.0 のデバイスエミュレータと比べると、上述したように、エミュレータから利用できるホスト PC の周辺機器機能は、Virtual PC ベース(前者)の方が豊富です。また、原理上、前者の方が高速でもあります。一見すると、Virtual PC ベースのエミュレータの方が良いことずくめで、WinCE 6.0 のデバイスエミュレータ(ARM ベースのエミュレータ)を使う理由は、ありません。

しかし、ARM ベースのエミュレータの方が便利な場合も、あります。たとえば、次の場合です。

  • 実機のプロセッサが ARM の場合。
  • 実機にハードウェアボタンを搭載予定であり、そのモック動作を、エミュレータで行いたい場合。

ハードウェアボタンのシミュレートについては、上述したように、設定ファイル(スキンファイル)へ記述することにより任意に設定できます。ARM ベースのデバイスエミュレータの設定ファイルの記述仕様は、リファレンスの次のページで説明されています:

 デバイス エミュレータのスキンの XML スキーマ リファレンス
 http://msdn.microsoft.com/ja-jp/library/aa188144(v=vs.90)

 デバイス エミュレータ構成の XML スキーマ リファレンス
 http://msdn.microsoft.com/ja-jp/library/bb531167(v=vs.90)


2012-09-05 追記:
デバイスエミュレータのスキン設定ファイルにおいて、ボタン/キーパッドに割り当てるキーコードについて、上記のリファレンスでは、特に説明されていません。割り当て可能なキーコードの説明は、WinCE 5.0 のリファレンスにある、次のページをご覧下さい:

 http://msdn.microsoft.com/en-us/library/ms905130.aspx

実機のプロセッサが ARM の場合ですが、Virtual PC ベースのデバイスエミュレータ、つまり、x86 のエミュレータで開発すると、エミュレータでの動作中には起きなかった例外送出が、実機の ARM プロセッサでは発生する、という可能性があります。これが起きる典型的なケースは、TCP/IP 通信や USB 通信でデータ転送を行う際に、転送プロトコルのパケットのペイロードを、構造体に cast して、構造体のメンバにアクセスする場合です。この時、構造体のメンバが 2Byte 以上のサイズの整数値型([unsigned] short, [unsigned] long など)であり、かつ、構造体に cast したメモリ領域のアドレスのアラインメントが、それらの整数値型のサイズに対して揃っていなければ、ARM プロセッサの場合は例外が発生します。しかし、x86 の場合には、アラインメントが揃っていなくても、例外が発生しません。

従って、Virtual PC ベースのデバイスエミュレータでは起きなかった、アプリケーションや汎用デバイスドライバ(USB のクラスドライバなど)の不具合が、ARM プロセッサの実機へ移植すると発生する、という可能性があります。同様のことは、x86 PC でしかテストされていないソフトウェアを、ARM や MIPS などのプロセッサへ移植する場合にも問題となります。これら、ワードアラインメントに関わる不具合を、デバイスエミュレータでの開発時に検出することができるのは、WinCE 6.0 において、ARM ベースのエミュレータが導入された利点の一つだったと思います。

ちなみに、WEC 7 の ARM コンパイラでは、WinCE 6.0 までの ARM コンパイラに比べて Compiler Intrinsics が強化されているため、WinCE 6.0 では発生しなかった例外送出が、WEC 7 では発生する、というケースもあります。つまり、WinCE 6.0 では、バイト単位のアクセス実行にしかコンパイルされなかったソースコードが、ワード単位でのアクセス実行にコンパイルされる場合がある、ということです。同じソースコードから生成されるバイナリの実行効率が上がるようにコンパイラが改善された一方で、その「副作用」として、不用意に書かれたソースコードによって新たに例外送出が発生する場合もある、というわけですね。

ところで、WEC 7 のデバイスエミュレータが、WinCE 6.0 での ARM ベースから Virtual PC ベースに戻ったのは、使用できるホスト PC の周辺機器や実行速度の違いが、主な要因だと思われます。それに加えて、WEC 7 からは PCMCIA がサポートされなくなったことも、要因の一つではないかと思います。WinCE 6.0 のデバイスエミュレータは、NE2000 互換の PCMCIA カードをエミュレートしているのですが、WEC 7 では PCMCIA がサポートされないため、その PCMCIA カード(NE2000 互換のネットワークカード)を利用できないのです。

このことは、Device Emulator の BSP を WinCE 6.0 から WEC 7 へ移植する際に、問題となります。さて、いよいよ、今回のエントリの本題です。

■Device Emulator BSP を WEC 7 へ移植する
これまでの説明で、WinCE 6.0 と WEC 7 では、デバイスエミュレータが異なっており、一方は、ARM プロセッサベース(Samsung S3C2410 のリファレンスボード)、他方は、Virtual PC ベースだということを述べました。また、WinCE 6.0 には付属していた、ARM プロセッサベースのデバイスエミュレータの BSP が、WEC 7 には付属していないことも述べました。そのため、Visual Studio 2008 の Smart Device Development 機能に含まれる、ARM ベースのデバイスエミュレータ(3.0; ARMv5 対応)で WEC 7 を動かそうとしても、OS イメージを作成する手段がないということについても、お分かり頂けたのではないかと思います。

では、Visual Studio 2008 付属のデバイスエミュレータで WEC 7 を動かすには、どうすればよいのでしょうか?答えは簡単です。WinCE 6.0 に付属するデバイスエミュレータの BSP を、WEC 7 に移植して、移植した BSP を使って OS イメージを作成すればよいのです。必要な作業は、以下の通りです:

  1. WinCE 6.0 の %_WINCEROOT%/platform/DEVICEEMULATOR/ ディレクトリを、WEC 7 の %_WINCEROOT%/platform/ ディレクトリへコピーする。
  2. WinCE 6.0 の %_WINCEROOT%/PUBLIC/COMMON/OAK/DRIVERS/PCCARD/ ディレクトリを、WEC 7 にコピーした DEVICEEMULATOR/ ディレクトリの中の SRC/DRIVERS/ ディレクトリへコピーする(※その際、DRIVERS/ の下に PCMCIA/ というディレクトリを作り、その中に PCCARD/ ディレクトリの内容をコピーするのが良いでしょう)。
  3. コピーした DEVICEEMULATOR/ ディレクトリと PCCARD/ ディレクトリの内容、つまり、WinCE 6.0 のデバイスエミュレータの BSP と PCMCIA スタックに対して、WEC 7 への移植(必要な改訂)を施す。
  4. WinCE 6.0 の %_WINCEROOT%/PUBLIC/COMMON/DDK/INC/ ディレクトリから、PCMCIA 関連のヘッダファイル(tuple.h, cardsv2.h, socksv2.h, cardserv.h)を、WEC 7 にコピーした DEVICEEMULATOR/ ディレクトリの中の SRC/INC/ へコピーする。
  5. WinCE 6.0 の %_WINCEROOT%/PUBLIC/COMMON/OAK/files/common.reg ファイルから、PCMCIA の NE2000 互換カードに関するレジストリ項目を、WEC 7 にコピーしたデバイスエミュレータの platform.reg へコピーする。

上で述べたように、デバイスエミュレータがエミュレートするネットワークインタフェースは、NE2000 互換の PCMCIA カードなのですが、WEC 7 では PCMCIA がサポートされず、PCMCIA スタックが付属していません。そのため、WinCE から PCMCIA スタックを移植する必要があります。PCMCIA スタックを移植するにあたっては、%_WINCEROOT%/PUBLIC/COMMON/OAK/DRIVERS/ ディレクトリへコピーせず、デバイスエミュレータ専用のコンポーネントとして、デバイスエミュレータの BSP ディレクトリへコピーするのが良いでしょう。そうすれば、WEC 7 のソースツリー全体を「汚さずに」済みます。なお、デバイスエミュレータの BSP では、DRIVERS/ の下に PCCARD/ というディレクトリがあります。そのため、WinCE 6.0 の PCMCIA スタックのディレクトリ(PCCARD/)を、そのまま DRIVERS/ の下にコピーするのではなく、DRIVERS/ の下に PCMCIA/ というディレクトリを作って、その下に、WinCE 6.0 の PCARD/ ディレクトリの内容をコピーするのが良いでしょう。

デバイスエミュレータの BSP の移植作業は、他の BSP を WinCE 6.0 から WEC 7 へ移植する場合と同様です。中間ディレクトリのパスが WEC 7 で変わったことに伴う、各コンポーネントの sources ファイルの修正や、WinCE 6.0 時点で古くなっていた型定義が WEC 7 では削られてしまったことへの対応などが必要です。たとえば、デバイスエミュレータのディスプレイドライバでは、GPERotate や GPESurfRotate という型を参照していますが、これらは、WEC 7 のヘッダファイルでは削られてしまっているため、WinCE 6.0 のヘッダファイルからドライバのソースファイルへコピーする必要があります。

また、PCMCIA スタックの移植では、%_WINCEROOT%/PUBLIC/COMMON/DDK/INC/ にある devload.h や cebuscfg.h において、PCMCIA 関連の定数の定義が削られてしまっていることへの対応(WinCE 6.0 の同じ名前のファイルから、PCMCIA 関連の定数の定義を PCMCIA スタックのソースファイルへコピーする)も必要です。

上記のように、それなりの移植の手間は必要ですが、WEC 7 のコアのソース(PRIVATE/ および PUBLIC/ ディレクトリ配下)に手を加えずに、BSP および BSP 固有のコンポーネントとして追加するだけで済みます。これは、Windows Embedded Compact が、明確にモジュール化されていることの証だと思います。

移植後の BSP の品質を確保するためには、より多くの作業が必要ですが、「とりあえず動かす」レベルであれば、それほど大変な作業では、ありません。今回は、デバイスエミュレータで WEC 7 が起動して、ホスト PC でのマウス操作でタッチパネル入力をシミュレートでき、さらに、デバイスエミュレータのネットワークアダプタを使えるようになるまでの作業で分かったことを書いています。

最後に、デバイスエミュレータのネットワークアダプタを使えるようにするための移植作業に関して、注意点を二つ書きます。移植作業の細かい説明は省きましたが、次の二点は、見落としがちな要点なので、自分でも移植してみようと思った方のために書いておきます。

  • PCMCIA の NE2000 互換カードに関するレジストリ項目を、WinCE 6.0 の common.reg からコピーする際、BusType を 0 に変更する。
  • PCMCIA ホストコントローラのドライバ(pcc_smdk2410.dll)のロード順序を、後にする。

一番目の注意点ですが、[HKEY_LOCAL_MACHINE\Comm\NE20001\Parms] キーの下にある BusType キー値のことです。WinCE 6.0 の common.reg では、8、つまり PCMCIA の bus type 値が設定されています。しかし、WEC 7 では、PCMCIA がサポートされないため、この値を指定すると、「未知/未定義の bus type」というエラーになってしまい、NE2000 ミニポートドライバの初期化に失敗します。このキー値は、NE2000 ミニポートドライバがロードされた際に、初期化動作の一つとして NdisMRegisterIoPortRange() を呼び出す際に参照されるのですが(※NdisMSetAttributes() を使って、NDIS_HANDLE に対して bus type を設定したのち、NdisMRegisterIoPortRange() を呼び出します)、その呼び出しがエラーとなってしまいます。

このエラーは、bus type を 0 (Internal) に変更することで回避できます。今回、デバイスエミュレータで WEC 7 を動かすために上記の移植を行った際、当初は、NE2000 ミニポートドライバを自前実装し、NdisMRegisterIoPortRange() を呼び出さない仕組みで実装し直す必要があるのではないかと考えました。しかし、分析してみたところ、bus type の設定変更だけで済むことが分かり、移植の手間を減らすことができました。

最後に、二番目の注意点です。オリジナルの実装では、[HKEY_LOCAL_MACHINE\Drivers\BuiltIn\PCC_SMDK2410] キーの下にある Order キー値が 1 になっています。しかし、その設定では、デバイスエミュレータの PCMCIA ホストコントローラがネットワークカードを認識して、NE2000 ミニポートドライバをロードする際に、エラーになってしまうのです。その原因は、解明できていないのですが、pcc_smdk2410.dll がロードされる順序を遅らせることにより、エラーを回避できるようです。設定する値は、dword:10 などにしてみて下さい。

二番目の点については、今後、もし調査の時間がとれたら、さらに追ってみたいと思います。もし、正確な原因や、より根本的な対処策をご存じの方がいらしたら、ぜひ教えて下さい。

1 comment 2012/07/04 koga


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