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隨著(zhù)計算機技術(shù)和嵌入式技術(shù)的迅猛發(fā)展， 嵌入式軟、硬件設計需求越來(lái)越廣泛， 嵌入式軟件開(kāi)發(fā)， 特別是嵌入式軟件的驅動(dòng)開(kāi)發(fā)， 成為一個(gè)熱點(diǎn)。 Windows CE 是一個(gè)新的、可移植的、實(shí)時(shí)的、模塊化的操作系統，具有簡(jiǎn)捷、高效的完全搶先式多任務(wù)操作核心， 支持強大的通信和圖形顯示功能， 能夠適應廣泛的系統需求， 在最新一代的工業(yè)和家用電子設備中得到了廣泛的應用。 在進(jìn)行嵌入式Windows CE 項目開(kāi)發(fā)的過(guò)程中， 經(jīng)常需要根據需求定制顯示屏， 如何為定制的顯示屏開(kāi)發(fā)Windows CE 驅動(dòng)程序成為嵌入式系統開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵步驟。本文在深入研究Windows CE 驅動(dòng)程序工作原理的基礎上， 以維信諾VGG13264C 132×64 OLED 顯示模塊的WindowsCE 驅動(dòng)程序設計為例， 詳細闡述了嵌入式Windows CE 驅動(dòng)程序的開(kāi)發(fā)過(guò)程， 并對設計實(shí)現的驅動(dòng)程序進(jìn)行了測試。 1 Window CE 的系統體系結構 Windows CE 是微軟設計開(kāi)發(fā)的一種可升級的搶先式多任務(wù)32 位實(shí)時(shí)操作系統。一個(gè)基于Windows CE 的平臺主要由以下幾部分組成：Windows CE 內核組件、OAL 層和驅動(dòng)程序。OAL 層和驅動(dòng)程序作為目標設備和Windows CE 內核組件之間的接口， 將操作系統上層與硬件隔離， 便于支持硬件擴展和即插即用功能，圖1 詳細描述了三者之間的關(guān)系。 2 Windows CE 中斷處理 Windows CE 將中斷處理分為兩個(gè)步驟： 中斷服務(wù)例程(ISR) 和中斷服務(wù)線(xiàn)程(IST)。把每個(gè)硬件的設備中斷請求(IRQ) 和一個(gè)ISR 聯(lián)系起來(lái)， 當一個(gè)中斷發(fā)生并未被屏蔽時(shí)， 內核調用該中斷注冊的ISR.因為ISR 運行于內核模式， 所以應設計得盡可能短，ISR 引導內核調度和啟動(dòng)合適的IST,IST 在設備驅動(dòng)程序軟件模塊中編寫(xiě)， 運行于用戶(hù)模式， 它從硬件獲取或向硬件發(fā)送數據和控制代碼， 并進(jìn)一步處理設備中斷。Windows CE 還提供了中斷嵌套功能， 即在一個(gè)ISR 運行時(shí)， 內核并不關(guān)閉中斷， 當優(yōu)先級比之高的中斷發(fā)生時(shí)， 內核保存當前執行的中斷服務(wù)例程ISR 的運行狀態(tài)， 掛起該ISR,轉而執行更高優(yōu)先級中斷的ISR.等到高優(yōu)先級中斷的ISR執行完后， 被掛起的低優(yōu)先級中斷的ISR 才重新開(kāi)始被CPU 調度執行。Windows CE 的中斷處理框圖如圖2 所示。 3 Windows CE 設備驅動(dòng)程序 設備驅動(dòng)程序將操作系統和設備連接起來(lái)， 使操作系統能夠識別設備， 并為應用程序提供服務(wù)。 3.1 設備驅動(dòng)程序模型 Windows CE 提供了用于驅動(dòng)開(kāi)發(fā)的模型，其中包括來(lái)自其他操作系統的驅動(dòng)程序模型。 因為有這些多變的驅動(dòng)程序模型， 使Windows CE可以適應大部分的內部和外圍設備。目前，Windows CE提供了4 種設備模型， 其中兩種是專(zhuān)用于Windows CE模型， 另外兩種外部模型來(lái)自其他的操作系統， 匯總如圖3 所示。 3.2 本機驅動(dòng)程序 要把Windows CE 移植到目標平臺上， 必須為平臺上已建立的設備提供驅動(dòng)程序。一些類(lèi)型的設備， 如鍵盤(pán)、顯示器和PC 卡插槽等對操作系統都有一個(gè)自定義接口。因為這些接口是專(zhuān)門(mén)用于Windows CE 的， 所以稱(chēng)這類(lèi)驅動(dòng)程序為本機驅動(dòng)程序。Windows CE 平臺生成器提供本機設備驅動(dòng)程序的樣本， 可考慮把本機設備驅動(dòng)程序樣本應用到平臺上， 而不需要再從頭開(kāi)發(fā)自己的本機驅動(dòng)程序。用戶(hù)可根據驅動(dòng)程序樣本快速開(kāi)發(fā)自己的驅動(dòng)程序。 3.3 流接口驅動(dòng)程序 流接口驅動(dòng)程序由設備管理應用程序加載、管理和卸載， 與具有單獨目的接口的本機驅動(dòng)程序相比， 所有流接口驅動(dòng)程序使用同一個(gè)接口并調用同一個(gè)函數集---流接口函數。流接口驅動(dòng)程序把外設抽象成一個(gè)文件， 使用標準文件I/O 函數和電源管理函數， 這些函數由Windows CE 操作系統的內核使用。流接口驅動(dòng)程序的入口點(diǎn)函數為： XXX_ Init、XXX_Deinit、XXX_IOCONtrol、XXX_Open 、XXX_Close 、XXX_PowerDown 、XXX_PowerUp 、XXX_Read 、XXX_Seek 、XXX_Write .流接口驅動(dòng)程序函數的作用及調用關(guān)系如表1 所示。 表1 Windows CE 下流接口驅動(dòng)程序函數作用及調用關(guān)系 流接口驅動(dòng)程序從設備管理器和通過(guò)文件系統調用的應用程序接受命令， 裝入驅動(dòng)將這些命令翻譯成其所控制設備的適當操作的所有信息。所有的流接口驅動(dòng)， 無(wú)論它管理的是內置式設備還是可安裝式設備， 是系統引導加載還是動(dòng)態(tài)加載， 它們與其他的系統組件都有類(lèi)似的交互過(guò)程。 3.4 設備驅動(dòng)程序的初始化過(guò)程 在Windows CE 中， 所有的設備驅動(dòng)程序都以動(dòng)態(tài)鏈接庫(DLL) 的形式存在， 需要通過(guò)進(jìn)程加載。設備驅動(dòng)程序向外提供接口函數， 應用程序使用API 對設備進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)。Windows CE 共有三類(lèi)系統進(jìn)程用來(lái)加載驅動(dòng)程序：Device.exe 、GWES.exe 、FileSys.exe .驅動(dòng)程序的初始化過(guò)程為：設備上電---啟動(dòng)bootloader---啟動(dòng)NK.exe---啟動(dòng)Device.exe---初始化數據結構和I/O---加載總線(xiàn)枚舉器---枚舉注冊表Driver/BuildIn 下所有的子鍵。這里的枚舉就是循環(huán)調用ActivateDeviceEx 函數加載驅動(dòng)程序。 4 Windows CE 開(kāi)發(fā)流接口驅動(dòng)程序實(shí)例 以維信諾VGG13264C 132×64 OLED 顯示模塊的驅動(dòng)程序為例， 具體闡述Windows CE 驅動(dòng)開(kāi)發(fā)的過(guò)程。 4.1 硬件結構 系統硬件以飛凌OK6410-B 開(kāi)發(fā)板為主板， 以維信諾VGG13264C 顯示模塊為OLED 顯示屏。系統硬件框圖如圖4 所示。 飛凌OK6410 -B 開(kāi)發(fā)板基于三星公司最新的ARM11 處理器S3C6410 , 擁有強大的內部資源和視頻處理能力， 可穩定運行在667 MHz 主頻以上， 支持MobileDDR 和多種NAND Flash .FL6410 開(kāi)發(fā)板上集成了多種高端接口， 如復合視頻信號、攝像頭、USB、SD 卡、液晶屏、以太網(wǎng)等， 豐富的接口可幫助用戶(hù)實(shí)現高端產(chǎn)品級設計。 維信諾VGG13264C 是132 列×64 行點(diǎn)陣的OLED 單色、字符、圖形顯示模塊， 使用單芯片SSD1303T6 進(jìn)行驅動(dòng)， 具有8 位并行數據接口， 模塊內含132×64 顯示數據RAM, 通過(guò)用戶(hù)I/O 接口連接到飛凌OK6410-B 開(kāi)發(fā)板。 4.2 流接口驅動(dòng)程序開(kāi)發(fā)過(guò)程 Windows CE 提供了兩種編寫(xiě)流接口驅動(dòng)的方法： (1) 通過(guò)編寫(xiě)動(dòng)態(tài)鏈接庫的方法實(shí)現; (2) 通過(guò)修改BSP的方法實(shí)現。由于第二種方法可以加快開(kāi)發(fā)進(jìn)度， 在該實(shí)例中， 使用修改BSP 的方法進(jìn)行流接口驅動(dòng)程序開(kāi)發(fā)， 其開(kāi)發(fā)步驟為： 首先在BSP 中新建一個(gè)目錄， 編寫(xiě)驅動(dòng)程序文件并確定驅動(dòng)程序向外提供的接口函數， 然后進(jìn)行注冊表設置， 最后進(jìn)行測試。 (1) 驅動(dòng)程序代碼編寫(xiě) 設備初始化使用OED_Init 函數實(shí)現， 設備卸載使用OED_Deinit 函數實(shí)現。在OED_Init 函數中， 使用DrvLib_MapIoSpace 函數實(shí)現物理地址到虛擬地址映射;在OED_Deinit 函數中， 使用VirtualFree 函數釋放驅動(dòng)程序使用的虛擬內存從而實(shí)現了設備的卸載。 設備的I/O 控制向設備發(fā)出命令， 按照維信諾VGG13264C OLED 顯示模塊的時(shí)序關(guān)系， 通過(guò)控制相應管腳的電平高低實(shí)現向設備發(fā)出命令。設備的I/O 控制在OED_IOControl 函數中實(shí)現， 函數部分代碼如下： (2) 向外提供函數接口 通過(guò)配置OED.def 文件導出OLED 提供的接口函數， 供設備管理器使用。在OED.def 文件中添加如下代碼： (3) 注冊表配置。 注冊表文件Platform. reg 用來(lái)配置與OLED 驅動(dòng)有關(guān)的信息， 配置如下： [HKEY_LOCAL_MACHINE\Drivers\BuiltIn\IoControler] "Prefix "="OED" "Dll "="OED.dll " "Index "=dword:0 隨著(zhù)嵌入式系統廣泛應用到信息家電、工業(yè)控制、移動(dòng)通信、互聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域， 大量嵌入式系統的開(kāi)發(fā)必將對人類(lèi)科技的發(fā)展起著(zhù)重要的作用。本文介紹的基于嵌入式操作系統Windows CE 的驅動(dòng)程序會(huì )幫助讀者開(kāi)發(fā)出更多的嵌入式系統產(chǎn)品。 |
