基于Windows CE的SPI接口驅(qū)動(dòng)程序及與應(yīng)用程序交互的設(shè)計(jì)

引 言

Windows CE為支持多線程、多任務(wù)、搶占式的嵌入式操作系統(tǒng)。隨著Windows CE 6．0的發(fā)布，其內(nèi)核性能的明顯提升和源代碼開放，將促使其在消費(fèi)電子、工業(yè)控制、移動(dòng)通信等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。通常Platform Builder中給出了支持多種CPU常用設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，如LCD驅(qū)動(dòng)、鼠標(biāo)驅(qū)動(dòng)、USB驅(qū)動(dòng)、串口驅(qū)動(dòng)等；但有時(shí)由于平臺(tái)采用了其他特定的硬件設(shè)備，其驅(qū)動(dòng)程序在Platform Builder并沒有給出，這時(shí)就需要用戶針對(duì)實(shí)際的硬件自行開發(fā)，以滿足個(gè)性化的需求。本文所涉及的SPI接口驅(qū)動(dòng)就屬于此類。

1 SPI總線及S3C2440芯片介紹

串行外圍設(shè)備接口SPI(Serial Peripheral Interface)總線是Freescale公司推出的一種三線同步接口。接口采用同步串行3～4線方式進(jìn)行通信，即1條時(shí)鐘線SCK、1條數(shù)據(jù)輸入線MOSI、1條數(shù)據(jù)輸出線MISO，另外還有1條從選線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(chǔ)和高速通信芯片上得到廣泛應(yīng)用。

根據(jù)時(shí)鐘極性和時(shí)鐘相位的不同，MOSI和MISO上的數(shù)據(jù)支持4種數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)，可以當(dāng)作主機(jī)或從機(jī)工作，提供頻率可編程時(shí)鐘，發(fā)送結(jié)束中斷標(biāo)志，寫沖突保護(hù)和總線競(jìng)爭保護(hù)等。

S3C2440是一款基于ARM920T的16／32位RISC微處理器，主頻可達(dá)400 MHz。該芯片性價(jià)比高，功耗低，含有豐富的片內(nèi)外設(shè)，主要用于手持設(shè)備和移動(dòng)終端。S3C2440中與SPI相關(guān)的寄存器有：



2 Windows CE的驅(qū)動(dòng)程序

2．1 Windows CE下驅(qū)動(dòng)程序的基本概念和分類

驅(qū)動(dòng)程序是一個(gè)抽象物理設(shè)備或者虛擬設(shè)備的功能軟件，驅(qū)動(dòng)程序管理這些設(shè)備的操作并將設(shè)備的功能導(dǎo)出給操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序。根據(jù)驅(qū)動(dòng)程序?qū)С鼋涌诘牟煌?，windows CE中驅(qū)動(dòng)可以分為本機(jī)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序(native device driver)和流式驅(qū)動(dòng)程序(streams device driver)。本機(jī)設(shè)備驅(qū)動(dòng)適于集成到基于Windows CE平臺(tái)的設(shè)備。這些設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序是一些硬件所必需的，是由原始設(shè)備制造商創(chuàng)建的，用來驅(qū)動(dòng)如鍵盤、LED、觸摸屏等。本機(jī)驅(qū)動(dòng)在編譯時(shí)被靜態(tài)鏈接到GWES，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)由GWES加載。流式驅(qū)動(dòng)程序也稱可安裝驅(qū)動(dòng)程序，是由設(shè)備管理器(device．exe)動(dòng)態(tài)加載用戶模式的DLL。對(duì)流式驅(qū)動(dòng)程序來說，不管需要控制的設(shè)備是什么類型，所有流式驅(qū)動(dòng)都使用相同的接口并導(dǎo)出一組相同的函數(shù)--流接口函數(shù)。流式驅(qū)動(dòng)適用任何在邏輯上可以被認(rèn)為是一個(gè)數(shù)據(jù)源或者數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的I／O設(shè)備。

2．2流式驅(qū)動(dòng)程序工作原理

在Window CES中，流式驅(qū)動(dòng)程序負(fù)責(zé)將設(shè)備抽象成一個(gè)文件，應(yīng)用程序便能夠使用系統(tǒng)提供的API(ReadFile、writeFile、IOControl等)對(duì)其進(jìn)行讀寫。應(yīng)用程序使用文件API訪問設(shè)備時(shí)，請(qǐng)求經(jīng)過文件系統(tǒng)(Filesys．exe)過濾被送到device．exe；device．exe根據(jù)請(qǐng)求調(diào)相關(guān)的流式驅(qū)動(dòng)程序接口，從而完成與硬件的交互。

2．3 設(shè)備驅(qū)動(dòng)的中斷處理

在windows CE系統(tǒng)中，當(dāng)中斷發(fā)生時(shí)，OEM抽象層(OEM Abstraction Layer，OAL)把物理中斷信號(hào)映射成OEM定義的邏輯中斷供操作系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)程序調(diào)用。為了滿足實(shí)時(shí)性要求，系統(tǒng)將中斷處理過程分為2個(gè)階段，即處于內(nèi)核模式的中斷服務(wù)例程(Interrupt Service Routine，ISR)和處于用戶模式的中斷服務(wù)線程(Interrupt Service Thread，IST)。ISR主要負(fù)責(zé)將物理中斷映射為邏輯中斷，然后由操作系統(tǒng)根據(jù)邏輯中斷激發(fā)所關(guān)聯(lián)時(shí)間對(duì)象的內(nèi)核，使等待該事件內(nèi)核對(duì)象的線程IST開始執(zhí)行中斷處理程序。

具體中斷處理過程如圖1所示。中斷發(fā)生后，信號(hào)發(fā)往異常處理器，并且中斷支持處理器調(diào)用OAL函數(shù)OEMInterruptDisable關(guān)閉來自該硬件的中斷。ISR被內(nèi)核調(diào)用并返回結(jié)果，且通過內(nèi)核設(shè)置Event事件來觸發(fā)IST。IST被喚醒后調(diào)用各種I／O函數(shù)完成中斷處理并返回InterruptDone通知內(nèi)核。內(nèi)核調(diào)用OEMInterruptDone通知硬件重新開啟中斷。

3 SPI總線驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)

綜上所述，SPI總線驅(qū)動(dòng)分為2部分，即處于內(nèi)核模式OAL層將物理中斷映射成邏輯中斷的ISR，以及處于用戶模式流式驅(qū)動(dòng)。其中包括執(zhí)行中斷處理線程IST。

3．1 初始化中斷以及ISR實(shí)現(xiàn)

SPI通信是通過讀寫SPI寄存器來完成的，通過讀寫上述6個(gè)SPI寄存器中的狀態(tài)字可以檢測(cè)和控制SPI總線的行為。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(diào)用。

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

②在OAL實(shí)現(xiàn)文件cfw.c中，添加中斷初始化和禁止中斷實(shí)現(xiàn)代碼。
③在中斷處理實(shí)現(xiàn)文件armint.c的OEMInterruptHandler函數(shù)中添加ISR程序代碼，返回邏輯中斷號(hào)。代碼如下：






3.2 流式驅(qū)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)

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