引言
隨著以計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和軟件技術(shù)為核心的信息技術(shù)的迅速發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)在各行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，極大地推動了行業(yè)的滲透性應(yīng)用。嵌入式系統(tǒng)是“以應(yīng)用為中心、以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)、軟硬件可裁剪、適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”，由嵌入式硬件和嵌入式軟件兩部分組成。嵌入式軟件包括嵌入式操作系統(tǒng)和嵌入式應(yīng)用軟件。Microsoft的桌面操作系統(tǒng)已經(jīng)為人們熟悉和使用，嵌入式的操作系統(tǒng) Windows CE.net也日益風(fēng)行。Windows CE.net是Microsoft推出的功能強(qiáng)大的緊湊、高效、可伸縮的32位嵌入式操作系統(tǒng)，主要面對各種各樣的嵌入式系統(tǒng)和產(chǎn)品。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。為了將操作系統(tǒng)和硬件設(shè)備連接起來，聯(lián)系硬件和軟件的驅(qū)動就顯得很重要。
下面主要針對三星公司ARM9內(nèi)核的芯片S3C2410進(jìn)行分析，介紹在Windows CE.net系統(tǒng)下進(jìn)行底層設(shè)備驅(qū)動開發(fā)的方法并提供I2C通信的實(shí)例。
1 I2C通信協(xié)議及S3C2410芯片介紹
I2C(Inter Integrated Circuit)總線是1980年由Philips公司推出的。 I2C總線用兩條線（SDA和SCL）在總線和裝置之間傳遞信息，在微控制器和外部設(shè)備之間進(jìn)行串行通信或在主設(shè)備和從設(shè)備之間進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)傳送。兩條通信線通過上拉電阻被拉升至+5 V。在控制系統(tǒng)中的每個(gè)集成電路可以通過一個(gè)CMOS緩沖器來讀每一條線路，也可以通過一個(gè)柵極開路的FET管將每一條線的電平下拉。因此，對每個(gè)芯片來說，每條線既是輸入線，又是輸出線。
I2C總線遵從同步串行傳輸協(xié)議，即各位串行（一位接一位）發(fā)送，由時(shí)鐘（clock）線指示讀數(shù)據(jù)（data）線的時(shí)刻。每個(gè)數(shù)據(jù)包前有一個(gè)地址，以指示由哪個(gè)器件來接收該數(shù)據(jù)。
S3C2410是一款基于ARM920T的16/32位RISC微處理器，主要用于手持設(shè)備，擁有高性價(jià)比，低功耗等特點(diǎn)，也是目前市面上出現(xiàn)較多的嵌入式開發(fā)板的處理器之一。芯片擁有16 KB的指令和數(shù)據(jù)緩存器，有存儲管理單元（MMU）、LCD控制器、3個(gè)串口、4路DMA、4個(gè)時(shí)鐘定時(shí)器、8路10位的A/D轉(zhuǎn)換；支持I2C、 I2S、SPI、主從USB等接口以及SD/MMC卡。
S3C2410微處理器的I2C總線可以處于下面4種模式下：主接收模式、主發(fā)送模式、從接收模式和從發(fā)送模式。處理器對I2C進(jìn)行的操作，主要是對下面的幾個(gè)寄存器進(jìn)行讀/寫：
◇ IIC控制寄存器，IICCON（物理地址0X54000000，內(nèi)存映射后的虛擬地址）；
◇ IIC控制/狀態(tài)寄存器，IICSTAT（物理地址0X54000004）；
◇ IIC數(shù)據(jù)寄存器，IICDS（物理地址0X54000008）；
◇ IIC地址寄存器，IICADD（物理地址0X5400000C）。
本設(shè)計(jì)主要是CPU工作在主模式下與下面的I2C接口設(shè)備進(jìn)行通信。
2 Windows CE系統(tǒng)驅(qū)動特點(diǎn)
Windows CE.net驅(qū)動有兩種模型：本機(jī)設(shè)備驅(qū)動程序和流接口驅(qū)動程序。本機(jī)設(shè)備驅(qū)動適于集成到基于Windows CE.net平臺的設(shè)備。這些設(shè)備驅(qū)動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，用以驅(qū)動如鍵盤、觸摸屏、音頻設(shè)備等，往往在設(shè)備售出后就不會再更換，如通用LED驅(qū)動、電源驅(qū)動、鍵盤驅(qū)動和顯示驅(qū)動等都是本機(jī)設(shè)備驅(qū)動。對于本機(jī)設(shè)備驅(qū)動程序，Platform Builder提供了一些驅(qū)動程序樣本，目的是為了方便開發(fā)人員快速開發(fā)出自己的驅(qū)動程序。當(dāng)Win CE系統(tǒng)啟動時(shí),本地設(shè)備驅(qū)動程序?qū)⒈患虞d到系統(tǒng)的內(nèi)存中。本地驅(qū)動程序的開發(fā)分為分層驅(qū)動和單片驅(qū)動程序。分層驅(qū)動要利用微軟提供的與應(yīng)用程序通信的上層，稱為模塊驅(qū)動程序?qū)覯DD（Model Device Driver）。MDD層通過設(shè)備驅(qū)動程序接口DDI（Device Driver Interface）與應(yīng)用程序通信，開發(fā)驅(qū)動程序通常不修改MDD層，主要關(guān)心與具體硬件相關(guān)的下層，依賴平臺的設(shè)備驅(qū)動程序?qū)覲DD （Platform Dependent Driver）, PDD層通過設(shè)備驅(qū)動服務(wù)接口（Device Driver Service Provider Interface）直接管理硬件。流接口設(shè)備驅(qū)動程序（指可安裝的啟動程序）可以由第三方生產(chǎn)商提供，以支持添加到系統(tǒng)中的設(shè)備。Windows CE下的設(shè)備驅(qū)動程序在與應(yīng)用程序相同的保護(hù)級上工作。當(dāng)系統(tǒng)啟動時(shí)，大多數(shù)驅(qū)動程序是由設(shè)備管理進(jìn)程（DEVICE.EXE）加載的，所有這些驅(qū)動程序?qū)⒐蚕硗粋€(gè)進(jìn)程地址空間。
3 I2C總線底層驅(qū)動設(shè)計(jì)
I2C總線驅(qū)動是放在Windows CE操作系統(tǒng)的內(nèi)核下層，位于OEM Adaptation Layer（OAL）層的一個(gè)真正的驅(qū)動。
3.1 初始化I2C中斷和編寫ISR例程
I2C的通信是通過操作I2C的寄存器進(jìn)行的。在I2C通信中主要對上面介紹的4個(gè)寄存器進(jìn)行讀寫。通過讀寫這些寄存器中的命令狀態(tài)字可以檢測和控制I2C總線的行為。在Windows CE.net下，首先要在文件oalintr.h添加I2C的中斷號的宏定義：
#defineSYSINTR_I2C(SYSINTR_FIRMWARE+19)
然后在文件cfw.c的文件中添加I2C中斷的初始化，禁止和復(fù)位。具體代碼如下:
在OEMInterruptEnable函數(shù)中加入
case SYSINTR_IIC:
s2410INT->rSRCPND=BIT_IIC;
if (s2410INT->rINTPND & BIT_IIC) s2410INT->rINTPND = BIT_IIC;
s2410INT->rINTMSK&= ~BIT_IIC;
break;
在OEMInterruptDisable函數(shù)中加入
case SYSINTR_IIC:
s2410INT->rINTMSK|= BIT_IIC;
break;
在armint.c文件中添加ISR程序，處理中斷發(fā)生后返回定義的中斷號。具體代碼如下:
在OEMInterruptHandler函數(shù)中添加
else if (IntPendVal == INTSRC_IIC) {
s2410INT->rSRCPND= BIT_IIC; /* 清除中斷 */
if (s2410INT->rINTPND & BIT_IIC) s2410INT->rINTPND= BIT_IIC;
s2410INT->rINTMSK|= BIT_IIC; /* I2C中斷禁止 */
return (SYSINTR_RTC_ALARM);
}
3.2 編寫流驅(qū)動程序
I2C總線驅(qū)動程序采用的是Win CE流驅(qū)動的標(biāo)準(zhǔn)形式。在IIC_Init的函數(shù)中，首先通過函數(shù)VirtualAlloc（）和VirtualCopy（），把芯片中針對I2C的物理地址和操作系統(tǒng)的虛存空間聯(lián)系起來，對虛擬地址空間的操作就相當(dāng)于對芯片的物理地址進(jìn)行操作。地址映射的代碼如下：
reg = (PVOID)VirtualAlloc(0, sz, MEM_RESERVE, PAGE_NOACCESS);
if (reg) {
if (!VirtualCopy(reg, addr, sz, PAGE_READWRITE | PAGE_NOCACHE )) {
RETAILMSG( DEBUGMODE,( TEXT( "Initializing interrupt " ) ) );
VirtualFree(reg, sz, MEM_RELEASE);
reg = NULL;
}
}
其中sz是申請的長度，addr是申請?zhí)摂M地址空間的實(shí)際物理地址在Win CE中的映射地址。
然后對申請到的虛擬地址進(jìn)行操作，安裝Windows中的流驅(qū)動的模型進(jìn)行驅(qū)動的編寫，主要包括下面函數(shù)的編寫。
IIC_Init（）
在函數(shù)中，主要是對I2C的初始化，主要語句如下：
v_pIICregs = ( volatile IICreg *)IIC_RegAlloc((PVOID)IIC_BASE, sizeof(IICreg));
v_pIOPregs = ( volatile IOPreg *)IOP_RegAlloc((PVOID)IOP_BASE, sizeof(IOPreg));
v_pIOPregs->rGPEUP|= 0xc000;
v_pIOPregs->rGPECON |= 0xa00000;
v_pIICregs->rIICCON = (1<<7) | (0<<6) | (1<<5) | (0xf);
v_pIICregs->rIICADD= 0x10;
v_pIICregs->rIICSTAT = 0x10;
VirtualFree( ( PVOID )v_pIOPregs,sizeof( IOPreg ),MEM_RELEASE );
v_pIOPregs = NULL;
if ( !StartDispatchThread( pIIcHead) )
{ IIC_Deinit( pIIcHead );return ( NULL );}在StartDispatchThread()函數(shù)中,主要是創(chuàng)建線程、關(guān)聯(lián)事件和中斷,主要語句如下:
InterruptInitialize( 36,pIicHead->hIicEvent,NULL,0 );//關(guān)聯(lián)時(shí)間和中斷
CreateThread( NULL,0,IicDispatchThread,pIicHead,0,NULL );//創(chuàng)建線程等待時(shí)間
在IicDispatchThread()函數(shù)中,主要是等待中斷的產(chǎn)生,然后去執(zhí)行：WaitReturn = WaitForSingleObject( pIicHead->hIicEvent,INFINITE );
IicEventHandler( pIicHead );//事件處理函數(shù)
InterruptDone( 36 );
最后，在函數(shù)IIC_Open、IIC_Read、IIC_Write中，對各個(gè)寄存器進(jìn)行操作，進(jìn)行數(shù)據(jù)的賦值,得到I2C讀取的數(shù)據(jù)和發(fā)送數(shù)據(jù)。
4 I2C驅(qū)動的封裝和添加到Windows CE中
通過上面的工作，能編譯一個(gè)DLL函數(shù)，但這還不能叫流接口驅(qū)動程序。因?yàn)樗慕涌诤瘮?shù)還沒有導(dǎo)出，還需要告訴鏈接程序需要輸出什么樣的函數(shù)，為此要建立一個(gè)自己的def文件，可以用記事本建一個(gè)，取名mydrive.Def：
LIBRARY MyDriver
EXPORTS
IIC_Close
IIC_Deinit
IIC_Init
IIC_IOControl
IIC_Open
IIC_PowerDown
IIC_PowerUp
IIC_Read
IIC_Seek
IIC_Write
然后同樣用記事本編寫一個(gè)注冊表文件，取名為mydrive.reg:
[HKEY_LOCAL_MACHINEDriversBuiltInSTRINGS]
"Index"=dword:1
"Prefix"="IIC"
"Dll"="MyDriver.dll"
"Order"=dword:0
最后編寫自己的CEC文件。主要是添加一個(gè)Build Method，任務(wù)是復(fù)制注冊表到Win CE的系統(tǒng)目錄下面。加一個(gè)Bib File，其主要功能是把編譯的mydrive.dll文件添加到系統(tǒng)內(nèi)核中去。保存寫好的CEC文件。打開Platform Builder，打開“File”菜單，添加剛剛編寫的CEC特征到系統(tǒng)選項(xiàng)中去。生成系統(tǒng)的時(shí)候，添加自己的CEC特性，就可以包含剛剛編寫的I2C驅(qū)動了。
以上介紹了Win CE的驅(qū)動結(jié)構(gòu)，并給出了基于Win CE的 I2C驅(qū)動程序部分源代碼。實(shí)驗(yàn)證明該設(shè)計(jì)是可行的。
參考文獻(xiàn)
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2 周毓林，等. Windows CE.net內(nèi)核定制及應(yīng)用開發(fā). 北京：電子工業(yè)出版社，2005
3 Microsoft.Windows CE設(shè)備驅(qū)動程序開發(fā)指南. 北京：北京希望電子出版社，1999
王小芳 碩士研究生，主要研究方向?yàn)橹悄軆x器控制。
王典洪 博士生導(dǎo)師，主要研究方向?yàn)橹悄軆x器控制、計(jì)算機(jī)圖像處理。