概述
一个完整的操作系统，必须能够提供一套完整的工具和方法支持应用程序的开发。一般情况下，操作系统提供一组系统调用接口（API接口），程序员可以通过这一组API接口访问操作系统提供的服务。同时提供一个开发环境和开发流程，程序员在这个开发环境中完成应用程序的开发和编译工作。
作为一个面向智能设备的嵌入式操作系统，Hello China已经发展到1.75版。该版本提供了一组相对完整的API函数，供应用程序开发使用。这一组API函数包括线程/进程管理、内存管理、设备访问、文件管理、图形界面等方方面面，API函数数量超过了100个。这组API通过系统调用的方式，实现了操作系统内核和应用程序代码的完全分离。即应用程序和操作系统内核都是独立的文件，完全分离，之间无需连接在一起，这大大增加了系统的可伸缩性。
同时Hello China V1.75版本提供了一组辅助开发工具，可辅助程序员快速方便的完成基于Hello China操作系统的应用开发。但是当前版本的Hello China并未提供集成开发环境，需要程序员借助已有的集成开发环境来完成代码的编译和链接工作，比如可以使用Microsoft的Visual Studio系列开发环境。
本文首先介绍了Hello China应用程序的体系结构和加载原理，然后以Visual Studio 2008为例，详细介绍了应用程序的开发步骤和注意事项。
HCX文件的结构和加载过程
HCX是Hello China可执行文件（Hello China eXecutable）的缩写，是Hello China定义的一个文件结构。所有Hello China可执行程序，都必须以该文件定义的格式进行存储，否则不能被Hello China加载。
HCX文件的格式
HCX文件包含了可执行代码、初始化的全局数据、应用程序版本信息、应用程序图标等信息。HCX文件会被GUI shell读取，并以图标的方式显示在应用程序列表内。一旦用户点击应用程序图标，则应用程序就会被加载并执行。
当前HCX文件格式版本是V1.0，主要为Hello China V1.75版本定制。后续版本的HCX文件格式可能会有变动，但是会保持前向兼容性。下面是HCX V1.0文件的格式描述：
首先是一个HCX文件格式头，这个文件头定义如下：
struct__HCX_HEADER{
DWORD dwHcxSignature; //HCX文件签名，x86 CPU上为0xE9909090
DWORD dwEntryOffset; //入口函数地址相对于文件头的偏移
DWORD dwBmpOffset; //程序图标相对于文件头的偏移
DWORD dwBmpWidth; //程序图标的宽度，以像素表示
DWORD dwBmpHeight; //程序图标的高度，以像素表示
DWORD dwColorBits; //图标颜色深度
CHAR AppName[16]; //应用程序的可视化名字
CHAR MajorVersion; //应用程序主版本号
CHAR MinorVersion; //应用程序次版本号
CHAR OsMajorVersion; //可运行该程序的操作系统的主版本号
CHAR OsMinorVersion; //可运行该程序的操作系统的次版本号
};
其中HCX签名，用户标识一个合法的HCX文件。操作系统在试图执行一个HCX文件时，首先把该文件读入内存，然后就检查该文件的签名是不是0xE9909090。如果是，则认为是一个合法的HCX文件，并试图执行。否则认为不是一个合法的HCX文件，放弃进一步的执行。
在x86 CPU为处理器的平台上，HCX签名实际上是三个nop指令加一个跳转指令（跳转指令的目标地址，就是dwEntryOffset）。这样安排的目的，是操作系统完成HCX文件的合法性检查之后，可直接跳转到文件的开头除执行，无需进一步检索入口点。
另外一个需要解释的是AppName，这是应用程序的可视化名字，即显示在GUI shell中的应用程序列表中的名字。这个名字与HCX文件名可以不一样。建议取一个能够直接显示应用程序本身功能的名字。
应用程序主版本号和次版本号构成了一个管理应用程序版本的机制。在升级应用程序的时候，Hello China会判断新应用程序的版本是否高于当前应用程序。如果是，则允许升级，否则会给出提示。
最后的目标操作系统版本号，指明了能够运行当前HCX文件的最低操作系统版本。如果当前操作系统的版本低于该版本号，则会拒绝HCX文件的执行。因为HCX文件有可能应用了高版本操作系统的一些特性。
紧跟HCX头，就是可执行二进制代码和初始化的全局数据。这是HCX文件的主要内容，所有可执行指令和相关数据，都存放在这个部分中。这部分内容是由编译器生成的。
最后是一个应用程序图标，以RGB方式存放，当前只支持128乘以128大小的BMP文件，且颜色深度必须是24位。GUI shell会在应用程序列表中显示这个图标（以及应用程序的可视化名字）。
HCX文件的生成方式
HCX文件是由一个叫做hcxbuild的程序生成的。首先程序员使用某种编译工具（比如VS 2008），编译生成一个二进制可执行文件（比如DLL文件），然后再准备一个BMP格式的图标文件，把这两个文件作为hcxbuild的输入。
Hcxbuild程序会根据上述两个文件（DLL和BMP文件）的信息以及用户输入信息（比如可视化名字等），自动生成一个HCX头，然后提取DLL文件中的可执行代码和全局数据，再分析BMP文件，提取图片数据，最后把上述信息整合起来，形成一个hcx文件。这个hcx文件即是Hello China操作系统可加载运行的应用程序。
下图（图一）说明了上述过程：
HCX文件的加载和执行
GUI Shell启动后，会在C:\HCGUIAPP目录下检索所有后缀是.HCX（或小写的hcx）的文件。一旦发现一个HCX文件，则GUI Shell会读取该文件的相关信息（主要是应用程序图标和可视化名字），然后把这个应用程序显示在程序列表中。
一旦用户点击一个应用程序，该程序对应的HCX文件就会被Hello China读入内存，并做检查。当前版本的Hello China主要检查HCX的签名是否正确，HCX的尺寸是否符合要求，操作系统的版本信息和HCX目标操作系统版本信息是否匹配等。如果检查通过，则操作系统会创建一个核心线程，以HCX文件的起始位置作为线程的入口点，启动应用程序的运行。
需要说明的是，Hello China V1.75版本的应用程序加载功能比较简单，未实现复杂的应用程序加载功能（比如代码重新定位、加载资源等）。但由于Hello China定位于嵌入式应用，这种加载功能在大部分应用场景下足够应用了。下面是V1.75版本应用程序加载器的一些限制：
1、 未实现可执行代码的重新定位，而是把所有应用程序都加载到内存地址0x1E0000开始处。这样就要求在编译应用程序的时候，必须设置其链接基地址为0x1E0000，否则会运行失败；
2、 限制应用程序的可执行部分（包括二进制代码和全局数据，不包括图标等辅助数据）不能大于64K。这是由于在0x1E0000开始处，只有64K的空闲空间可以使用。实际表明，这个限制也不是大问题，64K的纯代码空间已经非常大，可以容纳数万行C语言代码的编译结果。如果应用程序的大小超过了64K，可以通过修改内核的加载地址来解决该问题。Hello China的后续版本将在保持兼容的情况下解决该问题。
Hello China应用程序开发步骤
下面以Visual Studio2008为例，介绍如何开发一个基于HelloChina的应用程序。对于其它版本的VisualStudio开发环境，开发步骤基本一致。
步骤一：建立应用程序开发环境
把Hello China SDK（应用程序开发套件）中的sdklib.lib文件，拷贝到VS 2008的lib目录下，把kapi.h文件拷贝到VS 2008的include目录下。如果采用缺省安装，VS 2008的lib和include目录分别为：C:\Program Files\Microsoft Visual Studio9.0\VC\lib 和C:\ProgramFiles\Microsoft Visual Studio 9.0\VC\include。
这样在编写应用程序的时候，直接在源代码文件中包含KAPI.H文件即可，无需指明路径。同样地，在链接程序的时候，也无需指明sdklib.lib文件，VS 2008会在LIB目录中自动搜索。
KAPI.H文件包含了Hello China应用开发相关的所有类型定义、数据结构定义、函数接口定义等，类似与Windows操作系统的windows.h文件。任何应用程序源代码文件，必须包含该头文件。
而sdklib.lib则是编译后的二进制代码库。所有Hello China提供的API函数的实现，都被提前编译到该文件中。这样就无需把API源文件包含到项目中，链接器会自动到sdklib.lib文件中拷贝二进制代码。
步骤二：启动VS 2008，建立一个新的应用程序
选择VS 2008集成开发环境的“文件->新建->项目”菜单，在弹出的对话框中，项目类型选择Visual C++->Win 32，在模版窗口中选择“Win32项目”，输入一个应用程序名称和解决方案名称（比如“hcnhello”，这两者缺省是相同的，但是也可以分别指定不同的名字，但貌似没有必要这样做。），指定应用程序的存放路径，如下图（图二）：
点击“确定”按钮，即可进入Win 32应用程序创建向导。点击“下一步…”按钮，在出现的对话框中，选择“应用程序类型”为“DLL”，勾选中“空项目”选项，如下图（图三）：
点击确定，即可建立一个全新的解决方案。
步骤三：在应用程序中添加源代码
在新建的应用程序中添加源代码文件（.CPP文件），使得应用程序至少包含一个C/C++语言源代码文件。这是因为如果不包含源代码文件，VS 2008将不显示编译器选项，从而无法对应用程序进行设置（即第四步工作）。
当然，也可以在这一步中直接编写源代码，编写完成后再进入第四步（设置编译/链接选项）和第五步。
添加源代码文件的步骤比较简单，选择“文件->新建->文件…“菜单，在出现的对话框中选择”C++文件“即可。输入代码后保存该文件，然后添加到新建的项目中。VS 2008在缺省情况下不会把新建的文件加入项目，这与VC 6.0不同。个人感觉这样非常不方便，不知道VS 2008是基于何种考虑。
步骤四：对新建的应用程序进行设置
新应用程序创建完成之后，VS 2008会采用缺省设置对其进行配置。这些缺省设置都是针对Windows操作系统做出的，与windows操作系统关联密切，但是与Hello China操作系统不兼容。为了使新建的应用程序适应Hello China操作系统的运行环境，必须对其进行合理设置。这也是Hello China开发中最重要的一个步骤。
第一个要做的设置，是编译器生成代码的方式。缺省情况下，VS 2008会在代码中插入诸如“异常处理”、“缓冲区检查”等等确保应用程序安全运行的代码。这些代码对程序员是透明的，即程序的源文件中看不到这些代码，只有在编译的时候，才由编译器插入。这些代码的实现机制，往往依赖于Windows操作系统机制，因此必须禁止编译器插入这些代码。具体设置方式为：选择“项目->属性”菜单，在弹出的对话框中，选择“配置属性”，左上角的“配置“中，选择”Release“，如下图（图四）：
选择“C/C++->代码生成”，在右面的配置列表中，“启用C++异常”选项修改为“否”，“缓冲区安全检查”选项设置为“否（/GS-）”，如上图（图四）。
再选择“链接器->高级”选项，在右面的选项列表中做如下配置：
入口点：输入“HCNMain”，即程序的入口函数名称；
基址：设置为“0x1E0000“，即应用程序的加载地址。
所有其它选项保持默认值即可，如下图（图五）：
再选择“链接器->命令行“配置项，在右面的”附件选项“编辑框中，输入如下附加选项：sdklib.lib /ALIGN:16。
其中sdklib.lib告诉链接器要到该文件中寻找相关函数的目标代码。所有Hello China操作系统相关的功能函数的二进制代码，都是在该文件中。而/ALIGN选项，则是告诉链接器，在链接应用程序的时候，节（section）与节之间的间隔应该按照16字节对齐。缺省情况下，是按照4K字节对齐的，这不符合Hello China对应用程序的要求。
设置后的结果如下图（图六）：
至此编译链接选项设置完毕。
步骤五：编写应用程序代码，并进行编译链接
编写代码是应用应用开发的最核心步骤，也是工作量最大的步骤。具体的代码与应用程序的功能相关，无法统一描述。但是Hello China应用程序的大致架构是相同的，每个应用程序必须包含下列关键要素：
1、 一个消息循环，循环从应用程序（线程）的消息队列中获取消息，并进行分发；
2、 至少一个窗口，用于显示所有用户界面元素，完成用户交互；
3、 至少一个窗口函数，对应上面的窗口，处理所有窗口相关的消息和用户动作；
4、 一个入口点（入口函数，即HCNMain），操作系统加载应用程序，并从该点开始运行。
熟悉Windows API编程的朋友很容易发现，这个程序逻辑结构与Windows应用程序结构类似。实际上，Hello China也实现了基于消息的驱动机制，由外部消息（用户输入）来驱动程序的运行。下面是一个简单应用程序的代码，包含了上述各个要素：
#include <kapi.h>
//主窗口函数，处理各类窗口消息。
static DWORDHelloWndProc(HANDLE hWnd,UINT message,WORD wParam,DWORD lParam)
{
staticHANDLE hDC = GetClientDC(hWnd);
__RECT rect;
switch(message)
{
caseWM_CREATE: //Willreceive this message when the window is created.
break;
caseWM_TIMER: //Onlyone timer can be set for one window in current version.
break;
caseWM_DRAW:
TextOut(hDC,0,0,"Hello,world!");
break;
caseWM_CLOSE:
PostQuitMessage(0); //一旦用户关闭主窗口，则向应用程序的消息队列中发送结束消息。
break;
default:
break;
}
returnDefWindowProc(hWnd,message,wParam,lParam); //必须调用缺省窗口函数。
}
//入口点函数。
extern "C"
{
DWORD HCNMain(LPVOIDpData)
{
MSG msg;
HANDLE hMainFrame = NULL;
__WINDOW_MESSAGE wmsg;
//创建应用程序主窗口。
hMainFrame =CreateWindow(WS_WITHBORDER | WS_WITHCAPTION,
"Mainwindow of the demonstration application",//窗口标题。
150,//窗口在屏幕上的位置。
150,
600,
400,
HelloWndProc, //窗口函数
NULL,
NULL,
0x00FFFFFF, //窗口背景颜色，纯白色。
NULL);
if(NULL== hMainFrame)
{
MessageBox(NULL,"Can not create the main frame window.","Error",MB_OK);
goto__TERMINAL;
}
//消息循环，一个线程只有一个消息循环，从线程消息队列中获取消息。
while(TRUE)
{
if(GetMessage(&msg))
{
switch(msg.wCommand)
{
case KERNEL_MESSAGE_WINDOW:
DispatchWindowMessage((__WINDOW_MESSAGE*)msg.dwParam);
break;
case KERNEL_MESSAGE_TERMINAL: //Post byPostQuitMessage.
goto __TERMINAL;
default:
break;
}
}
}
__TERMINAL:
if(hMainFrame)
{
DestroyWindow(hMainFrame);
}
return0;
}
}
上述代码只是创建了一个应用程序主窗口，并在窗口的左上角输出了“Hello,world!“字符串。
代码编写完毕后，即可进行编译链接了。如果仅仅是编译一个C/C++源文件，可以直接按“CTRL +F7“组合键，即可完成编译。如果希望构建整个应用程序，形成最终的二进制模块并在Hello China上运行，则必须选择”生成->批生成…“菜单，在弹出的对话框中勾选”Release|Win32“，然后点击”重新生成“按钮即可。
这样生成的DLL文件，存放在项目的Release目录下。需要注意的是，这个生成的DLL是不能直接被Hello China执行的，必须对其进行处理，也就是下一步的工作。
步骤六：对生成的DLL进行处理，形成HCX文件
VS 2008编译链接生成的DLL文件不能被Hello China直接运行，而必须对其进行设置。SDK中携带的hcxbuild工具，就是完成这个处理工作的。在处理之前，请准备一个大小是128*128、颜色深度是24位的位图文件，作为应用程序的图标。如果没有符合要求的位图文件，可以使用windows自带的画图程序进行制作，非常方便。
准备好位图文件后，即可启动hcxbuild程序，来生成HCX文件了。下面是（图七）hcxbuild的运行截图：
其中“二进制可执行文件“就是刚刚编译完成的DLL文件，”应用程序图标文件“则是刚才准备好的位图文件。一旦这两个文件被选择，”原始文件概要信息“中就会输出这两个文件的相关信息，其中对DLL文件，会输出其入口地址、所有节的数量、每个节的文件开始地址和长度等信息。对于位图文件，则直接显示其内容。
“应用程序可视化的名称“，是该应用程序显示在Hello China操作系统的图形shell中的名称，这个名称与应用程序文件的名字不同。程序主要/次要版本两个参数，主要用于应用程序版本控制。”而目标文件路径及名称“，则是待生成的HCX文件的存放位置和名称。注意，文件名称后缀一定要为全部大写的HCX或全部小写的hcx，否则会提示错误。
所有信息输入完毕后，点击“构建“按钮，即可生成HCX文件。如果提示错误，请根据提示修改相应参数。
生成的HCX文件就是Hello China可加载和运行的应用程序文件了。
步骤七：运行生成的HCX文件
把上述步骤生成的HCX文件，拷贝到Hello China所在硬盘（或虚拟硬盘）的HCGUIAPP目录下，重新启动Hello China，进入字符命令行模式后，再输入gui命令并回车，即可进入图形模式，在图形shell中就可看到新开发的应用程序了。点击应用程序图标，即可运行该应用程序。下列是helloworld应用程序的运行结果（图八）：
点击“HelloWorld“图标后的运行结果（图九）：
相关资源和支持渠道
SDK工具包和Hello China V1.75安装程序、源代码，可从下列地址进行下载：
http://download.csdn.net/detail/hellochina15/4091779
Hello China在PC或Virtual PC上的安装，请参考下列blog：
http://blog.csdn.net/hellochina15/article/details/7105464
http://blog.csdn.net/hellochina15/article/details/7253350
同时欢迎加入Hello China开发技术QQ群：38467832