基于WinCE的SPI接口驅動(dòng)程序設計

引 言

Windows CE為支持多線(xiàn)程、多任務(wù)、搶占式的嵌入式操作系統。隨著(zhù)Windows CE 6．0的發(fā)布，其內核性能的明顯提升和源代碼開(kāi)放，將促使其在消費電子、工業(yè)控制、移動(dòng)通信等領(lǐng)域得到廣泛的應用。通常Platform Builder中給出了支持多種CPU常用設備驅動(dòng)程序，如LCD驅動(dòng)、鼠標驅動(dòng)、USB驅動(dòng)、串口驅動(dòng)等；但有時(shí)由于平臺采用了其他特定的硬件設備，其驅動(dòng)程序在Platform Builder并沒(méi)有給出，這時(shí)就需要用戶(hù)針對實(shí)際的硬件自行開(kāi)發(fā)，以滿(mǎn)足個(gè)性化的需求。本文所涉及的SPI接口驅動(dòng)就屬于此類(lèi)。

1 SPI總線(xiàn)及S3C2440芯片介紹

串行外圍設備接口SPI(Serial Peripheral Interface)總線(xiàn)是Freescale公司推出的一種三線(xiàn)同步接口。接口采用同步串行3～4線(xiàn)方式進(jìn)行通信，即1條時(shí)鐘線(xiàn)SCK、1條數據輸入線(xiàn)MOSI、1條數據輸出線(xiàn)MISO，另外還有1條從選線(xiàn)NSS(可選)，用于CPU與各種外圍器件進(jìn)行全雙工、同步串行通信。SPI接口在眾多的移動(dòng)存儲和高速通信芯片上得到廣泛應用。

根據時(shí)鐘極性和時(shí)鐘相位的不同，MOSI和MISO上的數據支持4種數據傳輸格式。SPI的主要特點(diǎn)為：可以同時(shí)發(fā)出和接收串行數據，可以當作主機或從機工作，提供頻率可編程時(shí)鐘，發(fā)送結束中斷標志，寫(xiě)沖突保護和總線(xiàn)競爭保護等。

S3C2440是一款基于A(yíng)RM920T的16／32位RISC微處理器，主頻可達400 MHz。該芯片性?xún)r(jià)比高，功耗低，含有豐富的片內外設，主要用于手持設備和移動(dòng)終端。S3C2440中與SPI相關(guān)的寄存器有：

2 Windows CE的驅動(dòng)程序

2．1 Windows CE下驅動(dòng)程序的基本概念和分類(lèi)

驅動(dòng)程序是一個(gè)抽象物理設備或者虛擬設備的功能軟件，驅動(dòng)程序管理這些設備的操作并將設備的功能導出給操作系統和應用程序。根據驅動(dòng)程序導出接口的不同，windows CE中驅動(dòng)可以分為本機設備驅動(dòng)程序(native device driver)和流式驅動(dòng)程序(streams device driver)。本機設備驅動(dòng)適于集成到基于Windows CE平臺的設備。這些設備驅動(dòng)程序是一些硬件所必需的，是由原始設備制造商創(chuàng )建的，用來(lái)驅動(dòng)如鍵盤(pán)、LED、觸摸屏等。本機驅動(dòng)在編譯時(shí)被靜態(tài)鏈接到GWES，系統運行時(shí)由GWES加載。流式驅動(dòng)程序也稱(chēng)"可安裝驅動(dòng)程序"，是由設備管理器(device．exe)動(dòng)態(tài)加載用戶(hù)模式的DLL。對流式驅動(dòng)程序來(lái)說(shuō)，不管需要控制的設備是什么類(lèi)型，所有流式驅動(dòng)都使用相同的接口并導出一組相同的函數--流接口函數。流式驅動(dòng)適用任何在邏輯上可以被認為是一個(gè)數據源或者數據存儲的I／O設備。

2．2流式驅動(dòng)程序工作原理

在Window CES中，流式驅動(dòng)程序負責將設備抽象成一個(gè)文件，應用程序便能夠使用系統提供的API(ReadFile、writeFile、IOControl等)對其進(jìn)行讀寫(xiě)。應用程序使用文件API訪(fǎng)問(wèn)設備時(shí)，請求經(jīng)過(guò)文件系統(Filesys．exe)過(guò)濾被送到device．exe；device．exe根據請求調相關(guān)的流式驅動(dòng)程序接口，從而完成與硬件的交互。

2．3 設備驅動(dòng)的中斷處理

在windows CE系統中，當中斷發(fā)生時(shí)，OEM抽象層(OEM Abstraction Layer，OAL)把物理中斷信號映射成OEM定義的邏輯中斷供操作系統和驅動(dòng)程序調用。為了滿(mǎn)足實(shí)時(shí)性要求，系統將中斷處理過(guò)程分為2個(gè)階段，即處于內核模式的中斷服務(wù)例程(Interrupt Service Routine，ISR)和處于用戶(hù)模式的中斷服務(wù)線(xiàn)程(Interrupt Service Thread，IST)。ISR主要負責將物理中斷映射為邏輯中斷，然后由操作系統根據邏輯中斷激發(fā)所關(guān)聯(lián)時(shí)間對象的內核，使等待該事件內核對象的線(xiàn)程IST開(kāi)始執行中斷處理程序。

具體中斷處理過(guò)程如圖1所示。中斷發(fā)生后，信號發(fā)往異常處理器，并且中斷支持處理器調用OAL函數OEMInterruptDisable關(guān)閉來(lái)自該硬件的中斷。ISR被內核調用并返回結果，且通過(guò)內核設置Event事件來(lái)觸發(fā)IST。IST被喚醒后調用各種I／O函數完成中斷處理并返回InterruptDone通知內核。內核調用OEMInterruptDone通知硬件重新開(kāi)啟中斷。

3 SPI總線(xiàn)驅動(dòng)設計

綜上所述，SPI總線(xiàn)驅動(dòng)分為2部分，即處于內核模式OAL層將物理中斷映射成邏輯中斷的ISR，以及處于用戶(hù)模式流式驅動(dòng)。其中包括執行中斷處理線(xiàn)程IST。

3．1 初始化中斷以及ISR實(shí)現

SPI通信是通過(guò)讀寫(xiě)SPI寄存器來(lái)完成的，通過(guò)讀寫(xiě)上述6個(gè)SPI寄存器中的狀態(tài)字可以檢測和控制SPI總線(xiàn)的行為。在OAL層中需要完成的工作如下：

①在中斷頭文件oalintr．h中添加SPI的中斷宏定義，供ISR返回調用。

#(define SYSINTR_SPIO (SYSINTR_FIRMWARE+22)
注意：定義時(shí)要使中斷號滿(mǎn)足該文件中MapIrq2SysIntr中所要求的范圍。WinCE4.2版本支持最大中斷數為32，WinCE5.0版支持最大中斷數為64。

②在OAL實(shí)現文件cfw.c中，添加中斷初始化和禁止中斷實(shí)現代碼。

③在中斷處理實(shí)現文件armint.c的OEMInterruptHandler函數中添加ISR程序代碼，返回邏輯中斷號。代碼如下：

3.2 流式驅動(dòng)的實(shí)現

驅動(dòng)被加載后需要完成設備的初始化工作，包括地址空間申請和映射、全局變量的初始化、IST的加載等。初始化的代碼簡(jiǎn)化如下：

需要說(shuō)明的是，在本程序中使用了CEDDK中MmMapIoSpace庫函數，故另需在頭文件中添加#include和#pragma comment(lib,"ceddk．lib")。至此，g_SPIReg在其他的驅動(dòng)實(shí)現函數中就可以調用，直接讀寫(xiě)其指向的寄存器的代碼即可完成相關(guān)的操作。還需要實(shí)現的函數有：SPI_Deinit、SPI_Read、SPI_write、SPI_Seek、SPI_Open、SPI_Close、SPI_IOCntrol。限于篇幅，本文僅給出驅動(dòng)初始化的代碼。

3．3 驅動(dòng)與應用程序的通信設計

在Windows CE中，用戶(hù)模式下每個(gè)進(jìn)程與其他進(jìn)程所占有的內存空間被虛擬內存機制隔離，進(jìn)程間無(wú)法實(shí)現直接互訪(fǎng)。在驅動(dòng)程序和應用程序通信過(guò)程中，驅動(dòng)程序位于device．exe的進(jìn)程空間中，由于上述原因，驅動(dòng)程序向應用程序發(fā)起的單向通信存在困難。通常的解決方法是在內核空間中共享同步對象，建立消息隊列或者通過(guò)指針映射來(lái)完成。上述方法都無(wú)法回避進(jìn)程間的數據復制過(guò)程，因而只適用于少量的數據傳輸。對于大量的數據或者實(shí)時(shí)性要求較高的情況，可以在虛擬地址為Ox4200 0000～0x7fff ffff的空間中建立命名的內存映射來(lái)實(shí)現內存共享，從而能夠避免數據在進(jìn)程空間中的復制。相關(guān)的API為CreateFileMapping和MapView()fFile。

3．4 驅動(dòng)程序的封裝和安裝

驅動(dòng)接口函數編寫(xiě)完后將其接口以dll的形式導出，再編寫(xiě)一個(gè)簡(jiǎn)單的注冊表文件，指明驅動(dòng)安裝的路徑、前綴以及索引。至此驅動(dòng)程序設計工作就完成了，將驅動(dòng)及注冊表添加到當前的平臺中即可。

結 語(yǔ)

本文詳細介紹了Platform Builder下SPI接口驅動(dòng)程序設計以及驅動(dòng)程序同應用程序交互的實(shí)現。驅動(dòng)例程已經(jīng)成功地應用于基于nRF2401的嵌入式系統無(wú)線(xiàn)通信當中，具有很高的參考價(jià)值。