0 引言
隨著經(jīng)濟(jì)技術(shù)的不斷發(fā)展，以及自動(dòng)化程度的提高，越來(lái)越多的場(chǎng)合需要用到遠(yuǎn)程控制。在承接的國(guó)家大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng)目——基于無(wú)線跳傳網(wǎng)絡(luò)的智能抄表系統(tǒng)中，中繼(SINK)模塊，即采用S3C2410在WinCE下驅(qū)動(dòng)射頻芯片CC1101作手持終端控制器。其中，在WinCE下驅(qū)動(dòng)CC1101成為該項(xiàng)目的一個(gè)難點(diǎn)。CC1101使用SPI通信，而SPI驅(qū)動(dòng)屬于WinCE串口驅(qū)動(dòng)的一種，是流驅(qū)動(dòng)。本文將介紹WinCE 5．0下，C11 01的SPI驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)。
1 CC1101的SPI接口特性
CC1101基于TI公司的0．18 μm CMOS晶體SmartRF04技術(shù)，是一種低成本、真正單片的UHF收發(fā)器，為低功耗無(wú)線應(yīng)用而設(shè)計(jì)。電路主要設(shè)定在315 MHz，433 MHz，868 MHz和915 MHz的ISM(工業(yè)，科學(xué)和醫(yī)學(xué))和SRD(短距離設(shè)備)頻率波段，CC1101的主要操作參數(shù)和64位發(fā)送／接收FIFO可通過(guò)SPI接口控制，具有14個(gè)命令寄存器，47個(gè)普通配置寄存器和12個(gè)狀態(tài)寄存器，通過(guò)4線SPI兼容接口(SI，SO，SCLK和CSn)配置。其中，SPI接口是一種同步串行通信接口，CSn是芯片選擇管腳，當(dāng)該管腳為低電平時(shí)，SPI接口可以通信；SI和SO為數(shù)字傳輸管腳，SI用于數(shù)據(jù)輸入，SO用于數(shù)據(jù)輸出；SCLK為同步時(shí)鐘，在時(shí)鐘的上升沿?cái)?shù)據(jù)被寫入或讀出。CC1101中SPI接口的讀／寫操作方式如圖1所示。
CC1101的配置、命令發(fā)布和發(fā)射接收緩存的數(shù)據(jù)讀取都通過(guò)SPI完成，SPI的操作都由主機(jī)控制，對(duì)CC1101來(lái)說(shuō)，主機(jī)的控制操作即是發(fā)送的headerbyte。下面介紹兩種主要狀態(tài)下的主機(jī)操作。
(1)讀寄存器、讀狀態(tài)
①寫入頭字節(jié)(R，0／1，address)；
②dummy write為從設(shè)備提供一個(gè)CLK，從SPI接收數(shù)據(jù)即讀出address的數(shù)據(jù)。如果是突發(fā)訪問(wèn)n個(gè)寄存器，則重復(fù)n次。
(2)寫寄存器、寫命令
①寫入頭字節(jié)(W，0／1，address)；
②寫入數(shù)據(jù)字節(jié)(data)。如果是突發(fā)訪問(wèn)n個(gè)寄存器，則重復(fù)n次。
由于ARM的SPI硬件操作屏蔽了對(duì)CLK的直接控制，讀的時(shí)候必須要dummy write為從設(shè)備提供一個(gè)CLK，可以寫0xFF。在每次寫前要確保SPI空閑，并且沒(méi)有發(fā)生溢出，寫后要確保發(fā)送完畢，再進(jìn)行其他SPI操作。
2 WinCE下SPI驅(qū)動(dòng)程序開(kāi)發(fā)
Win CE下的SPI驅(qū)動(dòng)屬于流驅(qū)動(dòng)。流驅(qū)動(dòng)是能夠?qū)С隽鹘涌诤瘮?shù)的驅(qū)動(dòng)程序。在設(shè)計(jì)此類驅(qū)動(dòng)時(shí)，把設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序當(dāng)成一種特殊的文件，接口函數(shù)與一般的文件APl函數(shù)一樣，比如CreatFile()，WriteFile()，ReadFile()和CloseHandle()等，因此在應(yīng)用程序設(shè)計(jì)時(shí)可以通過(guò)使用文件系統(tǒng)API來(lái)調(diào)用驅(qū)動(dòng)程序，以達(dá)到訪問(wèn)設(shè)備的目的。SPI驅(qū)動(dòng)是一個(gè)動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)(DLL)，可以被加載到內(nèi)核空間，成為內(nèi)核模式驅(qū)動(dòng)。
SPI驅(qū)動(dòng)程序是操作系統(tǒng)與硬件之間的接口，是對(duì)硬件設(shè)備的抽象。操作系統(tǒng)可以通過(guò)驅(qū)動(dòng)程序來(lái)對(duì)設(shè)備進(jìn)行操作和管理。當(dāng)應(yīng)用程序需要讀取底層的物理器件輸出時(shí)，就必須通過(guò)操作系統(tǒng)內(nèi)核來(lái)加載特定的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，通過(guò)驅(qū)動(dòng)程序來(lái)與底層的硬件進(jìn)行通信，然后將讀取信息傳入應(yīng)用程序中。當(dāng)為WinCE 5．0添加外圍設(shè)備時(shí)，必須以流接口驅(qū)動(dòng)方式提供給操作系統(tǒng)內(nèi)核，再由操作系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行加載，加載正確后，才可以在應(yīng)用程序中通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的I／O函數(shù)調(diào)用底層的驅(qū)動(dòng)。
WinCE 5．0設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序開(kāi)發(fā)中最重要的是設(shè)備相關(guān)寄存器的配置。寄存器的配置包括將寄存器地址映射到內(nèi)核進(jìn)程的虛擬地址，在串口操作的不同階段配置好各種寄存器。這里，給出了在無(wú)線通信領(lǐng)域中，基于S3C2410和WinCE 5．0的具體應(yīng)用方案，并在該應(yīng)用測(cè)試方案上設(shè)計(jì)基于WinCE 5．0的設(shè)備接口驅(qū)動(dòng)。現(xiàn)在開(kāi)始建立WCE Dynamic-Link Library工程SPI_Driver，然后編寫驅(qū)動(dòng)程序接口函數(shù)。基于Win CE設(shè)備流驅(qū)動(dòng)程序的開(kāi)發(fā)，不管是什么設(shè)備，它們的實(shí)現(xiàn)框架都是相同的，只要把相關(guān)流接口實(shí)現(xiàn)即可。下面介紹幾個(gè)常用的函數(shù)和測(cè)試操作。
2．1 DllEntry()函數(shù)
該函數(shù)是動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)的入口，每個(gè)動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)都需要輸出這個(gè)函數(shù)，但它只在動(dòng)態(tài)庫(kù)被加載和卸載時(shí)才被調(diào)用，它是每個(gè)動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)最早被調(diào)用的函數(shù)，一般用它做一些全局變量的初始化。
2．2 SPI_Init()函數(shù)
該函數(shù)是驅(qū)動(dòng)程序動(dòng)態(tài)庫(kù)被成功裝載后第一個(gè)被調(diào)用的函數(shù)。它的調(diào)用時(shí)間僅次于DllEntry()函數(shù)，驅(qū)動(dòng)程序應(yīng)當(dāng)在這個(gè)函數(shù)中初始化硬件，如果初始化成功，就分配一個(gè)自己的內(nèi)存空間，將自己的狀態(tài)保存起來(lái)，并且將該內(nèi)存塊的地址作為一個(gè)DWORD值返回給上層。設(shè)備管理器就會(huì)在調(diào)用SPI_Open()時(shí)將該句柄傳回。如果初始化失敗，則返回零以通知這個(gè)驅(qū)動(dòng)程序沒(méi)有加載成功，先前所分配的系統(tǒng)資源應(yīng)該全部釋放，此程序的生命即告終止。VirtualAlloc()和VirtualCopy()函數(shù)用來(lái)實(shí)現(xiàn)虛擬內(nèi)存空間的分配，并且映射到硬件的物理地址，在Ini-tAddrlO()和InkAddrSPIreg()中被調(diào)用。初始化軟件流程如圖2所示。
2. 3 SPI_Open()函數(shù)和SPI_Close()函數(shù)
當(dāng)用戶程序調(diào)用CreateFile()打開(kāi)這個(gè)設(shè)備時(shí)，設(shè)備管理器就會(huì)諷用此驅(qū)動(dòng)程序的SPI_Open()函數(shù)。
當(dāng)用戶程序調(diào)用CloseHandle()關(guān)閉這個(gè)設(shè)備時(shí)，SPI_Close()函數(shù)就會(huì)被設(shè)備管理器調(diào)用。參數(shù)hOpenContext是SPI_Open()返回給上層的那個(gè)值。 SPI_Close()函數(shù)應(yīng)該做與SPI_Open()相反的事情，具體包括釋放SPI_Open()分配的內(nèi)存，將驅(qū)動(dòng)程序被打開(kāi)的計(jì)數(shù)減少等。
2．4 SPI_IOControl()
幾乎一個(gè)驅(qū)動(dòng)程序的所有功能都可以在這個(gè)函數(shù)中實(shí)現(xiàn)。對(duì)于一類CE自身已經(jīng)支持的設(shè)備，它們已經(jīng)被定義了一套I／O操作，只需按照各類設(shè)備已經(jīng)定義的內(nèi)容去實(shí)現(xiàn)所有的I／O操作。當(dāng)要實(shí)現(xiàn)一個(gè)自定義的設(shè)備時(shí)，就可以隨心所欲定義自已的I／O操作。下面是一個(gè)讀取寄存器值的操作函數(shù)。
驅(qū)動(dòng)程序SPI_IOControl()里調(diào)用了讀寄存器函數(shù)讀取CC1101的FSCTRL1寄存器的值，所以只要應(yīng)用程序里調(diào)用DevicelOControl()，就可以讓串口輸出讀取FSCTRL1的值。應(yīng)用程序里具體調(diào)用如下3個(gè)函數(shù)：
讀出的數(shù)據(jù)就保存在cBuffer_in[]數(shù)組中了，用串口就可以將其中內(nèi)容正確輸出。
2．5 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的內(nèi)核加戴和注冊(cè)表設(shè)置
流驅(qū)動(dòng)是由設(shè)備管理器來(lái)管理的。當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，設(shè)備管理器被加載到內(nèi)核中，由它全程監(jiān)控驅(qū)動(dòng)程序的執(zhí)行過(guò)程。設(shè)備管理器通過(guò)調(diào)用ActivateDeviceEx()函數(shù)來(lái)加載指定的驅(qū)動(dòng)，而該函數(shù)的第一個(gè)參數(shù)是一個(gè)注冊(cè)表路徑，這就要求驅(qū)動(dòng)程序被加載的一個(gè)必要條件是把自己的信息記錄在注冊(cè)表中。因此需在Platform．reg中添加如下內(nèi)容：
另外，還要修改SPI_Driver.def文件，在里面列出所有SPI驅(qū)動(dòng)接口函數(shù)，并在platform．bib中填加一行內(nèi)容：
修改platform／BSP／drvers目錄下的dirs文件，加上一行SPI_Driver。
以上步驟完成了WinCE 5．0下設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)，通過(guò)Platform Builder環(huán)境進(jìn)行編譯，生成特定的dll文件，然后將其重新打包，并編譯進(jìn)WinCE內(nèi)核中重新生成NK．bin，這樣就可以在應(yīng)用程序中通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的文件I／O函數(shù)來(lái)調(diào)用這個(gè)驅(qū)動(dòng)函數(shù)，從而完成應(yīng)用層與物理設(shè)備的通信。
2．6 測(cè)試驅(qū)動(dòng)程序
在此使用eMbedded Visual C++4．0編寫測(cè)試應(yīng)用程序，用WinCE驅(qū)動(dòng)調(diào)試助手加串口輸出信息進(jìn)行調(diào)試。推薦使用博客園的WinCE驅(qū)動(dòng)調(diào)試助手，這個(gè)工具允許在系統(tǒng)里動(dòng)態(tài)地加載和卸載驅(qū)動(dòng)程序，避免每次都要打包生成NK，再下載到板子上。以下是采用串口輸出變量的方法：
以下為測(cè)試第2．4節(jié)讀寄存器得到的結(jié)果：
因?yàn)镮nitCC1101()里給FSCTRL1配置的值是0x0A，由此可以看出已經(jīng)正確讀出寄存器值。同時(shí)也驗(yàn)證了其他寄存器所得到的數(shù)據(jù)完全正確。這足以說(shuō)明SPI驅(qū)動(dòng)程序的通信是成功的。
3. 結(jié)語(yǔ)
本文完成了WinCE 5．0下對(duì)SPI驅(qū)動(dòng)程序的開(kāi)發(fā)，提出了CC1101與S3C2410之伺的SPI通信方案。經(jīng)過(guò)測(cè)試，該方案已在實(shí)際系統(tǒng)中得到了實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)充分利用SPI總線接口功能完善、時(shí)序簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，提高了系統(tǒng)的可靠性。同時(shí)，CC1101與S3C2410處理器結(jié)合可廣泛應(yīng)用于嵌入式遠(yuǎn)程控制和數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸。