ARM和WinCE6.0下nRF24L01的驅動(dòng)設計

引言

nRF24L01是一款工作在2．4～2．5 GHz世界通用ISM頻段的單片無(wú)線(xiàn)收發(fā)器芯片。它在無(wú)線(xiàn)數據通訊、無(wú)線(xiàn)門(mén)禁、遙感勘測、工業(yè)傳感器和玩具中都有應用。

隨著(zhù)測控技術(shù)的發(fā)展，nRF24L01與單片機組成的系統進(jìn)行無(wú)線(xiàn)測控的實(shí)例已經(jīng)有很多，如基于nRF24L01的無(wú)線(xiàn)溫度監測系統、基于nRF24 L01的近距離無(wú)線(xiàn)數據傳輸系統等等。近年來(lái)，隨著(zhù)ARM和嵌入式WinCE系統的迅速發(fā)展，由于在WinCE系統下nRF24L01和ARM的通信缺乏驅動(dòng)，致使兩者之間不能直接通信，一般的解決方法是借助于第三方單片機的串行口來(lái)進(jìn)行兩者的通信。這種方式的不足之處在于，由于要借助于第三方單片機，使得成本增加且通信速度下降。nRF24L01驅動(dòng)的設計與實(shí)現正好添補了這一空白，使WinCE系統和nRF24L01可以直接通信進(jìn)行無(wú)線(xiàn)數據收發(fā)。

1 WinCE流式驅動(dòng)模型

在WinCE系統中有4種驅動(dòng)模型，其中流式接口設備驅動(dòng)模型和本地設備驅動(dòng)模型是可以由用戶(hù)來(lái)開(kāi)發(fā)的。nRF24L01可以看作是一種流式接口設備，所以選用流式接口設備驅動(dòng)模型來(lái)編寫(xiě)驅動(dòng)較為合適。

1．1 流式接口驅動(dòng)程序的體系結構

如圖1所示，流式接口驅動(dòng)程序的體系結構由5部分組成，分別是應用程序、FileSys．exe、設備管理器、流式接口驅動(dòng)程序和硬件。

圖1中陰影部分是由用戶(hù)編寫(xiě)程序來(lái)完成，白色部分是由WinCE系統自身提供，用戶(hù)不能修改。在應用程序使用文件API對設備進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)時(shí)，文件API調用被操作系統轉發(fā)到FileSys．exe進(jìn)程中；若發(fā)現是對設備的訪(fǎng)問(wèn)，則FileSys．exe就會(huì )把操作交給設備管理器；然后，設備管理器根據具體操作調用不同流式接口驅動(dòng)中提供的接口；最后，由流式接口驅動(dòng)程序負責與硬件交互。

從體系結構中可知，流式接口驅動(dòng)體系是把設備抽象作為文件進(jìn)行操作的。所以編寫(xiě)流式接口驅動(dòng)就是將文件操作應有的打開(kāi)、關(guān)閉、讀取、寫(xiě)入和移動(dòng)文件指針的操作在驅動(dòng)程序中以函數的形式實(shí)現，這些函數有其標準的定義形式，稱(chēng)之為流接口函數。但對于驅動(dòng)程序而言除了和文件一樣的標準操作外還需要驅動(dòng)程序的加載、卸載等流接口函數。下面將介紹nRF24L01驅動(dòng)中主要用到的流接口函數：

①XXX_Open()函數，功能是打開(kāi)設備準備讀寫(xiě)，對應的文件操作函數是CreatFile()。

②XXX_Close()函數，功能是關(guān)閉設備，對應文件操作函數是CloseHandle()。

③XXX_Init()函數，功能是初始化設備，在系統啟動(dòng)時(shí)由設備管理器淵用。

④XXX_Read()函數，功能是讀取設備中的數據，對應文件操作函數為ReadFile()。

⑤XXX_Write()函數，功能是寫(xiě)入數據到設備中，對應文件操作函數為WriteFile()。

⑥XXX_IOControl()函數，功能是對設備發(fā)送控制命令，對應文件操作DeviceIOControl()。

其中XXX是驅動(dòng)程序在注冊表中注冊的設備名稱(chēng)。

2 硬件設計

ARM芯片選擇三星公司生產(chǎn)的S3C2440，該芯片工作頻率為400 MHz，最高可達533 MHz，可穩定運行WinCE 6．0操作系統。nRF24L01是通過(guò)SPI總線(xiàn)協(xié)議和單片機進(jìn)行通信的，在WinCE 6．0中SPI通信的實(shí)現可以通過(guò)ARM的SPI接口，也可以通過(guò)GPIO端口軟件模擬的方式實(shí)現。在本次設計中選用了GPIO端口軟件模擬的方式。硬件連接如圖2所示。

3 nRF24L01驅動(dòng)的實(shí)現

3．1 主要實(shí)現的函數

(1)NRF_Init()設備初始化函數

在該函數中主要進(jìn)行GPF端口的初始化，接收完成同步事件和接收線(xiàn)程的創(chuàng )建主要的核心代碼如下：

為了方便映射虛擬地址，在本驅動(dòng)中將所用到的特殊功能寄存器的虛擬地址由自定義類(lèi)CS3c2440SFR來(lái)進(jìn)行組織。其中“sfr”是類(lèi)CS3c2440SFR的實(shí)例，D()是一個(gè)自定義宏，其源碼為“#define D(v_add)(*(volatile unsigned long*)v_add)”。

(2)NRF_Open()函數

NRF Open()函數主要實(shí)現了對初始化是否成功的判斷及對nRF24L01進(jìn)行初始配制。核心代碼如下：

SPI_Write_Bur(WRITE REG+TX_ADDR，TX_ADDRESS，TX_ADR_WIDTH)； ／／寫(xiě)本地默認地址

SPI_Write_Buf(WRITE_REG+RX_ADDR_P0，RX_ADDRESS，RX_ADR_WIDTH)； ／／寫(xiě)接收端默認地址

SPI_RW_Reg(WRITE_REG+EN_AA，0x01)；

SPI_RW_Reg(WRITE_REG+EN_RXADDR，0x01)；

SPI_RW_Reg(WRITE_REG+RF_CH，0)；／／設置信道工作為2．4 GHz，收發(fā)必須一致

SPI_RW_Reg(WRITE_REG+RX_PW_P0，RX_PLOADWIDTH)；／／設置接收數據長(cháng)度

SPI_RW_Reg(WRITE_REG+RF_SETUP，0x07)；／／設置發(fā)射速率為1 MHz，發(fā)射功率為最大值0 dB

(3)NRF_Read()函數

NRE_Read()函數實(shí)現了對接收緩沖區的讀取并傳送至應用程序。由于nRF24L01一次最多能接收32個(gè)字節的信息，所以該函數一次最多能傳送32字節的信息。主要核心代碼如下：

(4)NRF_Write()函數

NRE_Write()函數主要實(shí)現發(fā)送數據寫(xiě)入發(fā)送緩沖區并發(fā)送的功能。主要核心代碼如下：

(5)NRF_IOControl()函數

NRF_IOControl()函數主要實(shí)現了對本機地址的配置、接收方地址的配置、發(fā)送模式和接收模式的配置等。

3．2 驅動(dòng)設計重點(diǎn)

(1)如何實(shí)現特殊功能寄存器的虛擬地址映射

由于WinCE 6．0對虛擬地址的映射住安全性方面提高了要求，所以WinCE 6．0中地址映射不能再使用以前版本中常用的VirtualAlloc()和VirtualFree()函數來(lái)分配和釋放虛擬地址，它們的使用會(huì )產(chǎn)生編譯錯誤。解決方式是使用CEDDK庫中的MmMapIoSpace()函數和MmUnmapIo Space()函數來(lái)實(shí)現虛擬地址的分配和釋放。

(2)如何實(shí)現數據的接收

在數據接收中采用多線(xiàn)程編程，在設備初始化時(shí)調用CreateThread()函數創(chuàng )建一新線(xiàn)程對應線(xiàn)程函數DWORD AcceptThread()。

(3)AcceptThread()函數的實(shí)現

在該函數中主要進(jìn)行中斷配置、中斷同步事件的創(chuàng )建、中斷的撤除等。使用的API函數主要有：KernclIoControl()用來(lái)獲取邏輯巾斷號；InterruptInitialize()邏輯中斷和同步事件關(guān)聯(lián)；WaitForSingleObject()阻塞線(xiàn)程并等待中斷同步事件發(fā)生，中斷同步事件發(fā)生即接收完一次數據，則使接收完成同步事件有效，可通知應用程序數據已接收完成；(InterruptDone)函數中斷結束，并撤除相應的中斷標志位準備響應下次中斷。

4 驅動(dòng)測試程序

4．1 數據發(fā)送

數據發(fā)送步驟如下：

①調用CreateFile()函數打開(kāi)設備，核心代碼如下：

NRFdriver=CreateFilc(L“NRF1：”，GENERIC_READ|GENERIC_WRITE，0，NULL，OPEN EXISTING，0，NULL)；

②通過(guò)DeviceIoControl()函數設置為發(fā)送模式并使用默認地址(默認地址在驅動(dòng)程序中配置完成)，核心代碼如下：

DevlccIoControl(NRFdriver．IS SEND STATUS，NULL，0，NULL，0．NULL，NULL)；

③調用WriteFile函數完成發(fā)送，核心代碼如下：

WriteFile(NRFdriver，(LPCVOID)p，strL，NULL，NULL)；

4．2 數據接收

數據接收步驟如下：

①打開(kāi)設備，方法同4．1節步驟①。

②通過(guò)DeviceIocontrol()函數設置為接收模式并使用默認地址，核心代碼如下：

DeviceIoControl(NRFdrivcr，IS_ACCEPT_STATUS，NULL，0，NULL，0，NULL，NULL)；

③創(chuàng )建接收線(xiàn)程及與驅動(dòng)中同名的接收完成同步事件，在接收線(xiàn)程中調用WaitForSingleObject()函數等待有效。如有效，則調用ReadFi le()函數讀取數據并顯示。核心代碼如下：

以上驅動(dòng)及測試程序均是在VC2008環(huán)境中完成。在WinCE6．0系統中