淺談Windows C E的中斷處理及中斷流驅動(dòng)的應用

引 言

近年來(lái)，隨著(zhù)硬件復雜性、多樣性和應用復雜性的增加，軟件開(kāi)發(fā)工作量急劇增長(cháng)，傳統的開(kāi)發(fā)模式已經(jīng)不能適應系統z雜性的增長(cháng)。而嵌入式操作系統是嵌入式軟件的運行平臺和開(kāi)發(fā)平臺，它的引入極大地提高了軟件的開(kāi)發(fā)效率，方便了軟件的維護。WindowsCE是微軟公司嵌入式、移動(dòng)計算平臺的基礎，它是一個(gè)開(kāi)放的、可升級的32位嵌入式操作系統，是基于掌上型電腦類(lèi)的電子設備操作系統，它是精簡(jiǎn)的Windows 95,Windows CE的圖形用戶(hù)界面相當出色。Windows CE作業(yè)系統是Windows家族中最新的成員，專(zhuān)門(mén)設計給掌上型電腦（HPCs）所使用的電腦環(huán)境。這樣的作業(yè)系統可使完整的可攜式技術(shù)與現有的Windows桌面技術(shù)整合工作。 Windows CE 被設計成針對小型設備（它是典型的擁有有限內存的無(wú)磁盤(pán)系統）的通用操作系統，Windows CE 可以通過(guò)設計一層位于內核和硬件之間代碼來(lái)用設定硬件平臺，各種處理器都有豐富的外部中斷源，中斷源和操作系統之間通常采用中斷機制來(lái)控制數據的交互。硬件廠(chǎng)商沒(méi)有為一些外部中斷源提供Windows CE下的驅動(dòng)，所以有時(shí)驅動(dòng)成為項目開(kāi)發(fā)關(guān)鍵的一環(huán)。

1 Windows CE中斷處理

1.1 中斷產(chǎn)生

在Windows CE中，系統的中斷分為兩種：軟中斷和硬中斷。軟中斷是一種信號機制,而不是由軟件產(chǎn)生的中斷信號。硬中斷通常是外部設備對CPU發(fā)出中斷信弓。一般來(lái)說(shuō)，軟中斷是由操作系統內核機制的事件產(chǎn)生的，例如定時(shí)器超叫，但是有的軟中斷由和硬件有關(guān)的中斷引起。例如，當外部產(chǎn)生一個(gè)硬中斷時(shí)，會(huì )產(chǎn)生和硬件相關(guān)的一個(gè)軟中斷，軟中斷是利用硬件中斷的概念，用軟件方式進(jìn)行模擬，實(shí)現宏觀(guān)上的異步執行效果。很多情況下，軟中斷和信號有些類(lèi)似，同時(shí)，軟中斷又是和硬中斷相對應的，硬中斷是外部設備對CPU的中斷,軟中斷通常是硬中斷服務(wù)程序對內核的中斷,信號則是由內核（或其他進(jìn)程）對某個(gè)進(jìn)程的中斷般來(lái)說(shuō)，軟中斷是由內核機制的觸發(fā)事件引起的（例如進(jìn)程運行超時(shí)），但是不可忽視有大量的軟中斷也是由于和硬件有關(guān)的中斷引起的，例如當打印機端口產(chǎn)生一個(gè)硬件中斷時(shí)，會(huì )通知和硬件相關(guān)的硬中斷，硬中斷就會(huì )產(chǎn)生一個(gè)軟中斷并送到操作系統內核里，這樣內核就會(huì )根據這個(gè)軟中斷喚醒睡眠在打印機任務(wù)隊列中的處理進(jìn)程。 這樣內核就會(huì )在適當的時(shí)機處理這個(gè)軟中斷，喚醒睡眠在相應任務(wù)隊列中的處理例程。

1.2 中斷處理模型

Windows CE提供了一個(gè)有效的中斷處理機制，它把對中斷的處理分為兩部分：中斷服務(wù)例程（ISR）和中斷服務(wù)線(xiàn)程（IST）。ISR通常要求短小精悍，效率要求很?chē)栏?。它只決定該怎樣處理這個(gè)中斷，一般情況下不應該做太多的工作。大部分工作依靠IST處理，IST和CST（commON spanning tree,公共生成樹(shù)）共同構成整個(gè)交換機網(wǎng)絡(luò )的生成樹(shù)CIST（common and internal spanning tree,公共和內部生成樹(shù)）。IST是CIST在MST域內的片段，是一個(gè)特殊的多生成樹(shù)實(shí)例。根據IEEE802.1s規范的規定，MST實(shí)例能夠支持802.1Q和802.1s之間的互操作性。IST實(shí)例接收并且向CST發(fā)送BPDU.IST實(shí)例能夠將整個(gè)MST區域表示為到達外部世界的CST虛擬網(wǎng)橋。如將數據移到緩存或處理用戶(hù)某些特殊要求的工作。Windows CE中斷處理模型如圖1所示。

1.3 中斷處理過(guò)程

Windows CE支持兩種ISR:靜態(tài)ISR和可安裝ISR.靜態(tài)ISR只能靜態(tài)地編譯進(jìn)內核，運行時(shí)不能改變。與IST通信時(shí)，它也只能是單向的，即由ISR到IST.靜態(tài)ISR支持嵌套中斷，并且使用內核堆棧?？砂惭bISR由內核管理程序從動(dòng)態(tài)鏈接庫中加載。和靜態(tài)ISR不同，它和IST的通信是雙向的，多個(gè)ISR可以與同一個(gè)中斷請求相關(guān)聯(lián)，系統按照加載驅動(dòng)的順序依次調度。圖2為中斷處理過(guò)程。

對圖2的中斷處理過(guò)程作以下幾點(diǎn)解釋?zhuān)?/p>

　?、佼攦群说漠惓Ｌ幚泶a接收到一個(gè)來(lái)自硬件的中斷時(shí)，內核會(huì )偵測到一個(gè)異常情況發(fā)生，并會(huì )提交這個(gè)硬件中斷。

　?、趦群说闹袛嘀С痔幚砥魍ㄖ狪SR去禁止該中斷的重復提交，直到相關(guān)的中斷處理全部完成后，才再度使能該中斷。在這個(gè)過(guò)程中，允許高優(yōu)先級中斷觸發(fā)。為使系統能及時(shí)響應并處理發(fā)生的所有中斷，系統根據引起中斷事件的重要性和緊迫程度，硬件將中斷源分為若干個(gè)級別，稱(chēng)作中斷優(yōu)先級。引入多級中斷是因為：為使系統能及時(shí)的響應和處理所發(fā)生的緊迫中斷，同時(shí)又不至于發(fā)生中斷信號丟失，計算機發(fā)展早期在設計中斷系統硬件時(shí)根據各種中斷的輕重在線(xiàn)路上作出安排，從而使中斷響應能有一個(gè)優(yōu)先次序。多級中斷的處理原則：當多級中斷同時(shí)發(fā)生時(shí)，CPU按照由高到低的順序響應。高級中斷可以打斷低級中斷處理程序的運行，轉而執行高級中斷處理程序。當同級中斷同時(shí)到時(shí)，則按位響應。

　?、郛惓Ｌ幚砥髡{用ISR來(lái)響應中斷。

　?、軆群私邮誌SR返回值，依據該返回值決定如何處理中斷。

　?、輧群擞|發(fā)中斷支持管理器來(lái)喚醒中斷服務(wù)線(xiàn)程（IST）并激活該線(xiàn)程。

　?、蕻斨袛喾?wù)線(xiàn)程（IST）被喚醒后，它開(kāi)始處理相應的中斷。

　?、呷绻枰?，中斷服務(wù)線(xiàn)程調用各種I/0例程訪(fǎng)問(wèn)硬件來(lái)完成工作。

　?、嘀袛嗵幚斫Y束后調用InterruptDone函數通知內核。

　?、醿群苏{用OEMInterruptDone完成整個(gè)中斷處理過(guò)程，0AL通知底層硬件使能所有中斷。

2 中斷流驅動(dòng)程序設計

2.1 驅動(dòng)的概念

驅動(dòng)程序是一個(gè)軟件模塊，其功能就是對設備、協(xié)議甚至某些服務(wù)進(jìn)行管理。驅動(dòng)程序是直接和設備進(jìn)行通信的部分，設備可以是物理設備或邏輯設備。

流接口的驅動(dòng)是基本的設備驅動(dòng)類(lèi)型，它實(shí)現一組固定的流接口函數。所有流接口驅動(dòng)程序使用相同的接口并調用同一個(gè)函數集--流接口函數，大部分WindowsCE設備驅動(dòng)都可用此模型來(lái)實(shí)現。流接口驅動(dòng)程序由設備管理程序（Device.exe）自動(dòng)加載、管理和卸載，也可以通過(guò)API函數手動(dòng)加載、管理和卸載。

2.2 設計方法

Windows CE提供了幾種基于等待隊列的進(jìn)程間通信手段，其中事件在驅動(dòng)設計中經(jīng)常被用來(lái)引發(fā)某一個(gè)中斷處理。中斷是Windows CE驅動(dòng)設計的關(guān)鍵之一，驅動(dòng)程序需要實(shí)現特定設備的中斷響應、中斷引發(fā)的數據傳送和處理?？梢园淹庠O中斷時(shí)所需處理的任務(wù)封裝到流接口函數中，應用程序使用Windows CE操作系統的文件API函數與流接口進(jìn)行通信，從而達到應用程序訪(fǎng)問(wèn)驅動(dòng)程序和操作硬件的目的。
本文以KEYl按鍵連接到S3C2440外部中斷EINTl（GPFl）引腳的按鍵電路為例，給出中斷流接口驅動(dòng)程序的一般設計方法，電路原理圖如圖3所示。

流接口驅動(dòng)程序的入口點(diǎn)函數、調用方式以及每個(gè)函數實(shí)現的功能如表1所列Ⅲ。其中電源管理函數，即EIT-PowerDown和EIT_PowerUp是可選的，這里沒(méi)有調用。

2.3 編寫(xiě)代碼

在三星公司BSP包驅動(dòng)程序的存放位置下新建一個(gè)目錄EINT,用文本編輯器建立5個(gè)文本文件，文件名分別為EINTl.c、EINTl.h、EINTl.def、sources、makefile.

從表1可以看出，驅動(dòng)程序大部分功能都是在EIT_Init（）函數中完成的，在EINTl.c文件中編寫(xiě)EIT_Init（）函數，如下所示。

EIT_Init（）函數中創(chuàng )建了外部中斷EINTl中斷服務(wù)線(xiàn)程gEINTIntrThread具體代碼如下所示。該函數首先創(chuàng )建外部中斷事件gWaitEvent（用于ISR通知IST外部中斷EINTl中斷觸發(fā)），然后調用內核函數InterruptInitialize（）與gWaitEvent關(guān)聯(lián)起來(lái)，并使能該中斷。

其他幾個(gè)流接口函數編程簡(jiǎn)單，這里不作詳細敘述。參考驅動(dòng)目錄下其他驅動(dòng)完成sources、makefile和EINT.def文件的編寫(xiě)，當EINT目錄下的5個(gè)文件都編寫(xiě)好后，在Platform Build 5.O編譯后，用Windows CE附帶的dumpbin工具（在Build菜單下）輸入命令：dlampbin/exports EINTl.dll,輸出結果如圖4所示，導出了表1所列的流接口函數。

結 語(yǔ)

Windows CE采用中斷方式處理外部設備的隨機輸入，提高了CPU的運行效率。本文用一個(gè)實(shí)例對中斷流驅動(dòng)程序的開(kāi)發(fā)進(jìn)行了介紹，只需在此驅動(dòng)程序的基礎上稍作修改就可完成其他中斷的驅動(dòng)程序開(kāi)發(fā)。驅動(dòng)程序編譯成功后，通過(guò)進(jìn)一步修改BSP的FILES目錄下的platform.bib和platform.reg文件，可將驅動(dòng)加入到操作系統中。