Windows CE電池驅(qū)動(dòng) 采樣算法的改進(jìn)設(shè)計(jì)

引 言
隨著電子和信息技術(shù)的發(fā)展，手機(jī)、PDA移動(dòng)終端設(shè)備得到了廣泛使用，且移動(dòng)終端設(shè)備的處理器性能越來越高，無線應(yīng)用程序不斷增加，圖形功能越來越先進(jìn)。這些功能上的增加導(dǎo)致了移動(dòng)終端產(chǎn)品的功耗越來越大，電池的性能已經(jīng)成為衡量其質(zhì)量的重要標(biāo)準(zhǔn)之一；然而電池的性能不僅僅取決于其硬件的特性，其驅(qū)動(dòng)程序的優(yōu)劣也直接影響它的續(xù)航能力和穩(wěn)定性。

1 開發(fā)平臺(tái)介紹
Windows CE是微軟公司為嵌入式設(shè)備打造的操作系統(tǒng)，而嵌入式設(shè)備多種多樣，這就要求操作系統(tǒng)必須是可定制的，所以微軟公司將Windows CE設(shè)計(jì)為模塊化的操作系統(tǒng)。Windows CE是緊湊、高效、可伸縮的32位嵌入式操作系統(tǒng)。該系統(tǒng)所具有的多線程、多任務(wù)、完全搶占式的特點(diǎn)，是專為各種具有嚴(yán)格資源限制的硬件系統(tǒng)所設(shè)計(jì)的口。
S3C2443是為應(yīng)用于小型掌上設(shè)備和高性價(jià)比、低功耗、高性能的嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用而提供的16／32位精簡(jiǎn)指令集微控制器。S3C2440使用了ARM920T內(nèi)核，采用了O．13μm技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，功耗低，非常適合需要控制成本和功耗應(yīng)用的場(chǎng)合；S3C2443提供了具有10個(gè)通道、10位ADC和觸摸屏的接口。

2 電池驅(qū)動(dòng)軟硬件架構(gòu)設(shè)計(jì)
2．1 硬件架構(gòu)設(shè)計(jì)
電池硬件架構(gòu)設(shè)計(jì)的好壞，直接影響到電池的使用壽命、續(xù)航能力等方面的性能。根據(jù)實(shí)際項(xiàng)目的需要，硬件上應(yīng)該實(shí)現(xiàn)以下的功能：CPU檢測(cè)電池是否插入，CPU檢測(cè)AC是否插入，CPU完成電池和AC之間的切換，CPU通過CPLD來控制電源指示燈的狀態(tài)。電池驅(qū)動(dòng)硬件架構(gòu)如圖1所示。

①CPU通過判斷電池端GPIO的狀態(tài)來檢測(cè)電池是否存在。如果檢測(cè)到電池插入或者拔出，則通過CPLD來控制LED，以標(biāo)示電池是否正在供電。
②CPU通過判斷AC端GPIO的狀態(tài)來檢測(cè)AC是否存在。如果檢測(cè)到AC插入，則通過CPLD來完成電池和AC之間的切換，由AC進(jìn)行供電，然后控制LED的狀態(tài)以標(biāo)示AC是否正在供電。
③當(dāng)電池電量充滿之后，CPU檢測(cè)電池端電壓的變化來判斷是否充滿，并通過CPLD控制LED的狀態(tài)以標(biāo)示電池電量是否已經(jīng)飽和。
④CPU檢測(cè)到AC拔掉時(shí)，通過CPLD來完成電池和AC之間的切換，由電池進(jìn)行供電，然后控制LED的狀態(tài)以標(biāo)示由電池正在供電。
2．2 電池驅(qū)動(dòng)的軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)
Windows CE中包含的樣本設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序分為兩種類型：?jiǎn)纹?qū)動(dòng)程序(monolithic device driver)和分層驅(qū)動(dòng)程序(Iayered device driver)。電池驅(qū)動(dòng)采用分層驅(qū)動(dòng)開發(fā)模式，如圖2所示。分層驅(qū)動(dòng)程序由兩個(gè)獨(dú)立的層組成：上層是模型設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序(MDD)，下層是依賴平臺(tái)的驅(qū)動(dòng)程序(PDD)。微軟提供了所有與MDD模塊相關(guān)的源代碼，而且不建議OEM廠商進(jìn)行修改。OEM只需要實(shí)現(xiàn)底層(PDD)的驅(qū)動(dòng)程序，然后將自己的PDD模塊與MDD模塊鏈結(jié)成一個(gè)公用庫。MDD通過IOCTLS調(diào)用PDD中的特定函數(shù)來實(shí)現(xiàn)硬件的具體功能。在系統(tǒng)上電自檢成功后，上層調(diào)用電池驅(qū)動(dòng)入口函數(shù)，進(jìn)行電池驅(qū)動(dòng)初始化工作：
①系統(tǒng)初始化，檢索注冊(cè)表并加載電池驅(qū)動(dòng)的相關(guān)信息。
②調(diào)用PDD層的初始化函數(shù)BatteryPDDInitialize，初始化CPU的GPIO、相關(guān)寄存器和電池狀態(tài)全局變量。
③創(chuàng)建并判斷中斷事件是否創(chuàng)建成功。
④如果中斷事件成功，則創(chuàng)建電池線程，讀取ADC寄存器值。在線程的主調(diào)函數(shù)中，設(shè)置電池線程的優(yōu)先級(jí)，然后在循環(huán)中等待中斷事件。
⑤讀取ADC值并進(jìn)行修正算法。
⑥調(diào)用PDD層的電池狀態(tài)函數(shù)BatteryPDDGetSta―tus，通過判斷電池和AC等硬件，GPIO來判斷當(dāng)前硬件的狀態(tài)。如果電池存在，則調(diào)用上述線程來讀取電池ADC值，判斷當(dāng)前電池的電量狀態(tài)。

2．3 電池電壓采樣算法與誤差修正算法設(shè)計(jì)
CPU通過檢測(cè)電池端的電壓得到當(dāng)前的電池電量。電池的電壓和電量之間有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，通過這種對(duì)應(yīng)關(guān)系可以判斷當(dāng)前電池的電量。通過實(shí)際測(cè)量發(fā)現(xiàn)，其對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖3所示?？梢姡姵氐碾姵仉妷汉碗娏恐g的對(duì)應(yīng)關(guān)系并非是線性的。

為了更精確地判斷出當(dāng)前電池的電量，對(duì)圖3所示的電池電壓和電量關(guān)系圖進(jìn)行了分段修正處理，可以劃分為①、②、③三個(gè)區(qū)間。每個(gè)區(qū)間的斜率不同，近似斜率分別為：

當(dāng)前電壓Vy處于①、②、③區(qū)間時(shí)，其對(duì)應(yīng)的電量分別為：

3 基于WindOWS CE的電池驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)
3．1 注冊(cè)表的設(shè)置
當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)的時(shí)候，device．exe會(huì)根據(jù)注冊(cè)表的設(shè)置查找電池驅(qū)動(dòng)的動(dòng)態(tài)鏈接庫文件，如下面的示例，將會(huì)加載動(dòng)態(tài)鏈接庫文件battdrvr．dll。注冊(cè)表設(shè)置會(huì)標(biāo)識(shí)編譯后生成的電池驅(qū)動(dòng)動(dòng)態(tài)鏈接庫的文件名、啟動(dòng)時(shí)的加載順序、注冊(cè)表中的前綴名、電源管理的IClaSS。這些選項(xiàng)都是必需的，可以把這些信息加入到Platform．reg文件中，以實(shí)現(xiàn)對(duì)電池驅(qū)動(dòng)的加載和管理。
3．2 基于S3C2443 CPU的電量采樣算法實(shí)現(xiàn)
圖4顯示了S3C2443 CPU中A／D轉(zhuǎn)換的框圖。S3C2443提供了10個(gè)可以進(jìn)行模擬電壓檢測(cè)的通道，分別是XP、XM、YP、YM、A[5：0]。XP、XM、YP、YM四個(gè)通道通常是給觸摸屏進(jìn)行坐標(biāo)采樣使用，在電池驅(qū)動(dòng)中，根據(jù)硬件的設(shè)計(jì)要求選擇A[5：0]六個(gè)通道中的其中一個(gè)進(jìn)行電池電壓的采樣。S3C2443提供了4種A／D轉(zhuǎn)換模式：正常轉(zhuǎn)換模式、X／Y交替轉(zhuǎn)換模式、X／Y自動(dòng)轉(zhuǎn)換模式、等待中斷模式。在電池驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)中，只需要選擇正常轉(zhuǎn)換模式即可，其余3種A／D轉(zhuǎn)換模式是提供給觸摸屏使用。

根據(jù)三星公司S3C2443 CPU的特性，下面給出一種實(shí)現(xiàn)電池電壓采樣的實(shí)例：

3．3 電池電壓采樣算法與誤差修正算法實(shí)現(xiàn)
根據(jù)上述電池電壓、電量之間誤差修正算法的設(shè)計(jì)思路，進(jìn)行了如下的算法實(shí)現(xiàn)：首先定義一個(gè)結(jié)構(gòu)體，包含ADC值和其對(duì)應(yīng)的百分比值變量，這樣做的好處是為了方便把采樣到的ADC值，根據(jù)三段折線段的斜率運(yùn)算，轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的剩余電量百分比。

然后，定義三折線段的基準(zhǔn)參考ADC值和對(duì)應(yīng)的百分比值。這些可以根據(jù)實(shí)際的電池放電試驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)得到，因此需要根據(jù)具體的項(xiàng)目要求進(jìn)行修改。

最后，用電池電壓、電量之間誤差修正算法的設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)該算法。

3．4 Windows CE PDD層電池狀態(tài)函數(shù)實(shí)現(xiàn)實(shí)例
下面主要是對(duì)于Windows CE PDD層電池狀態(tài)函數(shù)進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)，但是具體的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)需要根據(jù)項(xiàng)目的要求進(jìn)行修改和完善。

4 總結(jié)與展望
筆者設(shè)計(jì)的電池驅(qū)動(dòng)的軟硬件架構(gòu)是獨(dú)立于具體的開發(fā)平臺(tái)的，可以方便地移植到各種平臺(tái)上。結(jié)合Windows CE和三星公司S3C2443 CPU的特性，本文給出了該架構(gòu)的一種電池驅(qū)動(dòng)程序的實(shí)現(xiàn)方案。其創(chuàng)新點(diǎn)是提出了利用分段采樣的方法來修正電池電壓和電量非線性誤差，提出并分析了平臺(tái)獨(dú)立的電池驅(qū)動(dòng)的軟硬件架構(gòu)。本設(shè)計(jì)方案已經(jīng)在基于Windows CE操作系統(tǒng)平臺(tái)上得以實(shí)現(xiàn)，且在實(shí)際項(xiàng)目開發(fā)中得到廣泛采用，獲得了良好的效果。