Windows CE .NET的AD7854驅動程式開發

Windows CE．net的AD7854驅動程式開發

[日期：2008-11-21]

來源：單片機與嵌入式系統應用  作者：東南大學 周怡君 金振興

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引 言
    AD7854是一款高速、低功耗的12位並行介面模數轉換晶片，其工作電壓範圍是3～5 V，採樣頻率最高為200 kHz。由於AD7854在正常的工作模式下功耗為5．4mW，在省電模式下功耗為3．6μW，因此在攜帶型裝置中得到廣泛的應用。AD7854具有自校準和系統校準功能，可確保其精確地工作。AD7854含有片上採樣保持電路和片上參考電壓(2．5 V)，從而使外圍電路設計得以簡化。當前，在先進的可攜式裝置中，大量引進嵌入式作業系統對系統資源進行管理，因此開發硬體裝置的驅動成為構建攜帶型系統的一個重要工作。本文以S3C2410為處理器，開發了基於Windows CE．net的AD7854驅動程式，詳細闡述Windows CE．net下A137854流介面驅動程式的實現過程及相關內容。

1 AD7854與S3C2410的擴充設計
    為確保AD7854在S3C2410的控制下完成採樣和模數轉換，必須合理地設計介面電路。AD7854為12位並行模數轉換晶片，S3C2410是32位微處理器，因此，一次讀操作即可完成AD7854轉換結果的讀取。但是，對於AD7854校準寄存器的讀操作以及對各寄存器的寫操作都需要2個讀或寫操作，因此，統一使用2個讀／寫操作完成對AD7854的操作，即僅選用AD7854的低8位元據線作為資料傳送通道。
    為了提高S3C2410的驅動能力，在S3C2410與外設之間加入了一個雙向資料緩衝器74LVCl6245。設計的A／D轉換介面電路原理1所示。

2 WindOWS CE．Ret裝置驅動簡介
    Windows CE．net裝置驅動模型主要有兩種：本機裝置驅動與流介面裝置驅動。不同的驅動模型只能通過它們的軟體介面來區別，而不是它們適用的裝置。驅動程式模型決定其輸出的軟體介面。
    本機裝置驅動程式適於整合到基於Windows CE．net平台的裝置，如通用LED驅動和電源驅動等。每種本機裝置驅動程式都有精確的要求和特殊的目的，微軟提供了定製介面的方式來支援內部裝置驅動程式。一般來說，只有OEM開發商對本機裝置驅動程式感興趣，而獨立硬體銷售商只開發附加的硬體驅動程式。Windows CE．net平台產生器(platform builder)提供本機裝置驅動程式的樣本，可考慮把本機裝置驅動程式樣本應用到自己的平台上，而無需再從頭開發自己的本機驅動程式。
    流介面裝置驅動程式是一般類型的裝置驅動程式。它表現為使用者一級的動態DLL，用來匯出一組固定的函數，稱為“流介面函數”。應用程式可以通過檔案系統介面函數(API)訪問這些介面函數，從而調用驅動程式，驅動硬體裝置進行工作。在流介面驅動程式中，驅動程式負責把外設抽象成一個檔案，而應用程式則使用作業系統提供的API對外設進行訪問。流介面驅動程式幾乎支援任何類型的、可以串連到基於Windows CE．net平台的外部裝置，例如印表機、數據機等。本文介紹的AD7854驅動也是採用流介面驅動模型，屬於流介面驅動的範疇。流介面裝置驅動的體繫結構2所示。

3 AD7854驅動設計與實現
    由圖l所示的硬體電路可知，AD7854被直接映射到系統的記憶體，它的物理地址是Oxl0000000，因此，該裝置的驅動程式可以選用單片式流介面裝置驅動模型。同時S3C24lO採用中斷的方式對AD7854的轉換結果進行讀取並啟動下一次的轉換。因此，開發A／D驅動主要由兩個部分組成：核心部分和流介面函數部分。核心部分主要完成中斷的處理，包括物理中斷到邏輯中斷的轉換，中斷的使能、禁止，喚醒中斷服務線程等工作；流介面函數部分主要通過實現Windows CE．net提供的介面函數完成對A137854的讀、寫操作。
3．1 AD7854中斷在WindOWS CE中的處理
    核心部分主要是修改Windows CE．net中與中斷相關的核心檔案，完成物理中斷到邏輯中斷的映射。由圖1可知，AD7854佔用外部中斷0(EINTO)。為了讓作業系統能夠處理外部中斷O，必須對其關於中斷處理的核心代碼進行修改。主要修改的核心檔案如下：
    ①修改％WIN(2ER()0T％＼PLATFORM＼SMDK2410＼INC＼oalintr．h檔案；
    ②修改％WINCEROOT％＼PLATFORM＼smdk2410＼kernel＼hal＼arm＼armint．c檔案中的OEMInterrupt Han—dler()函數；
    ③在中斷服務線程(IST)中調用InterruptEnable()、InterruptDisable()、InterruptDone()等函數對中斷進行操作時，系統核心調用OEMInterTuptEnable()、()EMInter—ruptDisable()、()EMInterruptDone()，對中斷寄存器進行設定，完成中斷允許、中斷禁止和中斷完成操作。對這3個OEM函數的修改，是通過修改％WINCERO0T％＼PLATFORM＼smdk2410＼kernel＼hal＼cfw．c檔案完成的。
    核心檔案的修改可以參照核心檔案函數的具體實現來完成。經過對Windows CE．net核心檔案的修改，完成了物理中斷EINTO到邏輯中斷號SYSINTR_ADC的映射。至此，就可以利用Windows CE．net提供的API函數，通過對邏輯中斷SYSINTR_ADC的處理來完成物理中斷零的操作。
3．2 AD7854流介面函數的實現
    流介面驅動程式實質上就是一個動態連結程式庫，在Windows CE．net中，流介面函數一共有10個。這些流介面函數並不需要每個都要有具體的實現代碼，關鍵是要根據裝置的具體工作流程來完成相應的介面函數。本設計中開發的AD7854的驅動程式主要實現的介面函數為：XXX_Deinit、XXX_Init、XXX_Open、XXX_Close、XXX_Read、XXX_Write。XXX為裝置檔案名稱的首碼，由於開
發的是模數轉換晶片的驅動，故在此將該首碼命名為“ADC”。以下具體介紹在Platform Builder開發環境下AD7854驅動的開發過程。
    首先，在。Platform Builder4．2開發環境下為AD7854的驅動建立一個WCE Dynamic—Link Library工程，隨後就可以在該工程下完成各流介面函數。流介面函數的實現需要完成兩個主要方面的工作：AD7854資料結構的建立和各介面函數代碼的實現。
    (1)AD7854的資料結構
    在編寫流介面函數之前，應該定義裝置的資料結構，這是對現實裝置的抽象。根據AD7854在操作中所涉及的CPU相關儲存空間以及AD7854內部操作的需要，現將AD7854抽象成以下結構類型：

    AD7854的資料結構可以看作是與AD7854相關的邏輯體。通過WindowsCE．net提供的記憶體映射函數VirtualAl—loe()和VirtualCopy()，可以將邏輯體與具體的物理地址關聯起來，完成對實體儲存體器的設定。
    (2)流介面函數的開發
    流介面函數為應用程式操作硬體提供統一的介面，完成對硬體的抽象工作。一個流介面函數實質上就是提供某一特定功能的模組，根據硬體的不同，各介面函數實現的內容千差萬別。有的介面函數需要很多的代碼，有的就是一個空的函數體。在AD7854驅動的介面函數中，初始化函數以及讀寫函數是主要的介面函數，本文結合硬體具體介紹其實現過程：
    ①PADC_CONTEXT ADC_Init(LPCTSTR pCon—text，LPCVOID lpvBusContext)。該介面函數在驅動程式載入時，由裝置管理員調用。在該函數中主要完成硬體初始化工作，如映射裝置的實體記憶體、配置相關寄存器、建立中斷事件、中斷服務線程等。
    ADC_Init函數需按照一定的順序完成驅動的初始化工作，其內建函式的調用順序3所示。ADC_Init調用成功以後，將返回AD7854結構體的首地址——pADC，同時表明該驅動載入成功。
    ②DWORD ADC_Read(PADC_CONTEXT pADC，PUCHAR pBuffer，DWORD Count)。該介面函數主要完成對AD7854．的讀操作，代碼是對操作的抽象。為了更好地體現開發過程，首先介紹一下AD7854的讀操作過程。AD7854一次輸出16位元據，分成2次輸出(高8位、低8位)。在讀寫時序中，除了通過對CPU的儲存寄存器的相關配置以滿足時間上的要求外，另一個重要的地方就是注意滿足高位元組使能輸出引腳(HBEN)的需要。具體是在輸出高位元組時，該引腳應輸入高電平。AD7854輸出一次16位元據時有兩種輸出方式：其一就是高8位先輸出，然後是低8位輸出(與此相對應，HBEN引腳在AD7854讀時序中第1個位元組為高電平，第2個位元組為低電平)；其二剛好相反。
    由圖3可知，HBEN的電平由S3C2410的地址線O確定，因此在一個AD7854的讀時序中地址線O應改變一次自己的狀態。同時AD7854的片選與LnGCS2相連，這也就構成了AD7854的兩個讀物理地址：0x1000 0000和0x1000 0001。在本設計中，規定先讀低8位元據然後為高8位，因此地址線應先送出Oxl000 0000然後送出0x1000 0001。AD7854的讀周期時序4所示。

    由此可開發AD7854讀介面函數，具體代碼如下：

 

   寫介面函數DWORD ADC_Write(PADC_CON—TEXT pADC，PUCHAR pBuffer，DWORD Count)，主要完成對．AD7854的寫操作。AD7854的寫操作過程和讀操作很相似，代碼的實現過程也基本相同，在此就不再贅述。
    其餘的介面函數主要完成返回AD7854的結構控制代碼，釋放記憶體空間等工作。雖然必不可少，但是對AD7854的操作不是主要的，在此不再詳細介紹。
    編寫匯出函數和註冊表檔案，編譯產生d11檔案，通過PB將其製作成CEC檔案，在定製作業系統時可以將驅動程式加入作業系統中。這樣就完成了驅動程式的編寫，實現了作業系統與硬體之間的串連。

4 結 論
    Windows CE．net是多任務即時嵌入式作業系統，具有良好的圖形介面，即時性良好、功能強大，適用於工業控制領域。本文以AD7854的驅動開發為例，闡述了Windows CE．net對外部中斷的處理過程和流介面驅動的開發方法。該驅動程式已成功應用在所開發的作業環境監測與評價系統中，在微氣候各指標的監測方面應用效果良好。