基于ARM+WinCE項(xiàng)目開發(fā)過程中動態(tài)加載GPIO端口驅(qū)動程序的設(shè)計(jì)方法

　　本文針對采用基于流接口驅(qū)動方式進(jìn)行GPIO端口驅(qū)動開發(fā)所存在的困難和不足，提出了采用動態(tài)方式加載(卸載)端口驅(qū)動的思路，給出了該思路下GPIO端口驅(qū)動設(shè)計(jì)方法的步驟和關(guān)鍵代碼并進(jìn)行了驗(yàn)證，為其他類似的驅(qū)動設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)提供參考。

　　WinCE下GPIO端口驅(qū)動大多采用流接口驅(qū)動的方式進(jìn)行開發(fā)，在實(shí)現(xiàn)上主要依托Platform Builder編譯環(huán)境將驅(qū)動程序編譯成動態(tài)鏈接庫，并整合到WinCE內(nèi)核中。但在實(shí)際項(xiàng)目的開發(fā)中，Platform Builder在驅(qū)動程序的開發(fā)和涮試上不夠便捷，且在整合動態(tài)鏈接庫和WinCE內(nèi)核時(shí)，需要進(jìn)行繁瑣的參數(shù)配置，整個(gè)過程較為復(fù)雜。筆者以飛凌S3C2440開發(fā)板為例，給出在VisualStudio編譯環(huán)境中采用動態(tài)加載方式來設(shè)計(jì)GPIO端口驅(qū)動程序的思路，較好地改進(jìn)了目前常用的GPIO端口驅(qū)動設(shè)計(jì)方法，提高了開發(fā)效率。

　　1 GPIO端口的流驅(qū)動設(shè)計(jì)

　　1．1 過程簡述

　　關(guān)于GPIO端口流驅(qū)動的設(shè)計(jì)原理，大量論文及書籍中均有介紹，這里不再贅述。其設(shè)計(jì)步驟也遵循固定的設(shè)計(jì)模式，按照編寫驅(qū)動實(shí)現(xiàn)代碼、驅(qū)動程序配置、編譯調(diào)試的順序進(jìn)行。

　　1．1．1 編寫驅(qū)動實(shí)現(xiàn)代碼

　　WinCE流式驅(qū)動實(shí)質(zhì)上是按照固定的流函數(shù)接口實(shí)現(xiàn)的一個(gè)動態(tài)鏈接庫。在實(shí)現(xiàn)時(shí)，創(chuàng)建相關(guān)的．cpp文件、．h文件和．def文件，根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)xxx_Init、xxx_Read、xxx_Write等流接口函數(shù)即可。

　　1．1．2 驅(qū)動程序配置

　　WinCE配置文件分為源代碼配置文件和鏡像配置文件，通過這兩種配置文件，Platform Builder編譯環(huán)境實(shí)現(xiàn)對驅(qū)動代碼和內(nèi)核的編譯、整合。具體包括：

　　①創(chuàng)建相關(guān)提供注冊信息的．reg文件以供在WinCE注冊表中注冊GPIO驅(qū)動程序。

　?、谠赑latform Builder的相關(guān)目錄下，配置Dirs文件、Makefile文件、Sources文件和Platform．bib文件中的相關(guān)參數(shù)，Platform Buil der在編譯時(shí)按照配置的參數(shù)編譯驅(qū)動程序并將其整合到內(nèi)核鏡像中。

　　1．1．3 編譯調(diào)試

　　使用Platform Builder編譯環(huán)境編譯驅(qū)動程序和WinCE內(nèi)核，編譯成功之后即得到按照硬件平臺定制的含有驅(qū)動程序動態(tài)鏈接庫的內(nèi)核鏡像文件，當(dāng)WinCE啟動時(shí)，該驅(qū)動會被自動加載。

　　1．2 設(shè)計(jì)方法的不足

　　基于以上描述，流接口驅(qū)動程序設(shè)計(jì)方法中存在以下兩個(gè)問題：

　?、僭谡麄€(gè)設(shè)計(jì)過程中，驅(qū)動程序的編譯、調(diào)試全部依托的是Platform Builder編譯環(huán)境。Platform Builder編譯環(huán)境雖然也能實(shí)現(xiàn)對驅(qū)動程序的編譯和后期調(diào)試，但在實(shí)際工程項(xiàng)目的開發(fā)中適用面不廣，在使用操作、功能提供等方面均不如Visual Stladio，其在實(shí)際工程項(xiàng)目中主要是用來定制WinCE內(nèi)核。另外，為了將驅(qū)動程序整合到WinCE內(nèi)核中，需要開發(fā)者較為熟悉Platform Builder編譯環(huán)境中對源代碼配置文件和內(nèi)核鏡像配置文件的修改及原理，而大多數(shù)開發(fā)者對此基本上處于“比葫蘆畫瓢”的模仿層次，學(xué)習(xí)入門門檻較高。

　?、谠谠O(shè)計(jì)中，出于整合資源的目的，將端口驅(qū)動程序的動態(tài)鏈接庫編譯到WinCE內(nèi)核中，但實(shí)際上這種方法導(dǎo)致驅(qū)動程序的動態(tài)鏈接庫與內(nèi)核結(jié)合過于緊密，每次對驅(qū)動程序的任何改動都需要隨后使用Platform Builder編譯環(huán)境對內(nèi)核重新進(jìn)行編譯，來回反復(fù)、效率低下。從程序設(shè)計(jì)的角度講，驅(qū)動程序和內(nèi)核分屬不同功能類型的模塊，與程序設(shè)計(jì)中功能模塊內(nèi)緊外松的耦合思想不一致。

　　2 WinCE內(nèi)核動態(tài)加載GPIO端口驅(qū)動的設(shè)計(jì)方法2．1 設(shè)計(jì)方法原理

　　在前文中已經(jīng)介紹過，在基于流驅(qū)動的驅(qū)動設(shè)計(jì)方法中，需要在Platform Builder編譯環(huán)境中配置相關(guān)的參數(shù)，將驅(qū)動程序的動態(tài)鏈接庫文件編譯到WinCE內(nèi)核中。實(shí)際上，WinCE內(nèi)核具有動態(tài)加載(卸載)驅(qū)動文件的能力，驅(qū)動文件可以在需要的時(shí)候動態(tài)加載進(jìn)WinCE內(nèi)核中，在不需要的時(shí)候卸載掉。開發(fā)者可以使用Visual Studio編譯環(huán)境替代Platform Builder編譯環(huán)境，在Visualstudio中通過調(diào)用相關(guān)的WinCE API來實(shí)現(xiàn)對驅(qū)動文件的加載、卸載。利用這一特性，對驅(qū)動文件的調(diào)用方式更加靈活，項(xiàng)目的可擴(kuò)展性得到了提高。

2．2 具體實(shí)現(xiàn)步驟
在WinCE中，主要通過RegisterDevICe和Deregister Device兩個(gè)函數(shù)實(shí)現(xiàn)WinCE內(nèi)核對GPIO端口驅(qū)動的動態(tài)加載和卸載，其中Register Device函數(shù)負(fù)責(zé)加載設(shè)備驅(qū)動，DeregisterDevice函數(shù)負(fù)責(zé)卸載設(shè)備驅(qū)動。在程序設(shè)計(jì)時(shí)，端口驅(qū)動程序的開發(fā)仍然采用流驅(qū)動的設(shè)計(jì)方式，但編譯環(huán)境使用Visual Studio。生成驅(qū)動動態(tài)鏈接庫文件后將其部署在開發(fā)板適當(dāng)?shù)穆窂较拢缓笤赪inCE程序中動態(tài)加載(卸載)該dll文件。筆者使用飛凌S3C2440開發(fā)板，創(chuàng)建了一個(gè)WincE對話框程序，通過點(diǎn)擊相關(guān)按鈕可以實(shí)現(xiàn)加載(卸載)GPIO端口驅(qū)動、點(diǎn)亮(熄滅)LED燈。圖1是本程序的運(yùn)行界面。

相關(guān)的要點(diǎn)代碼及解釋如下(暫不考慮程序的異常處理)。
(1)端口驅(qū)動動態(tài)鏈接庫的創(chuàng)建及生成
使用Visual Studio編譯環(huán)境創(chuàng)建一個(gè)常規(guī)的動態(tài)鏈接庫工程，并編譯生成dll文件即可。具體代碼這里不再給出。需要注意的是，在動態(tài)鏈接庫工程的．cpp文件中，驅(qū)動的編寫需要嚴(yán)格遵循流驅(qū)動定義的接口標(biāo)準(zhǔn)。在本程序中，流驅(qū)動的前綴名為GPI，生成的動態(tài)鏈接庫文件名為GPI．dll。
(2)端口驅(qū)動動態(tài)鏈接庫的注冊及加載
調(diào)用RegisterDevice函數(shù)后，即將步驟1中生成的動態(tài)鏈接庫文件注冊到注冊表中，并加載進(jìn)WinCE內(nèi)核。在使用該函數(shù)時(shí)需要注意，在WinCE應(yīng)用程序中需要獲取該驅(qū)動動態(tài)鏈接庫文件的絕對路徑。因此，開發(fā)者在部署WinCE應(yīng)用程序和端口驅(qū)動動態(tài)鏈接庫時(shí)，需要注意兩者之間的位置關(guān)系，一般情況下，將兩者部署在同一路徑下即可。驅(qū)動程序動態(tài)鏈接庫的注冊及加載代碼如下：

(3)端口訪問
端口訪問的方式與常規(guī)方式一致，根據(jù)需要調(diào)用CreateFile、WriteFile、ReadFile等函數(shù)即可，相關(guān)代碼這里不再給出。
(4)端口驅(qū)動動態(tài)鏈接庫的卸載
當(dāng)不需要該設(shè)備驅(qū)動時(shí)，調(diào)用DeregisterDevice函數(shù)即可實(shí)現(xiàn)對動態(tài)鏈接庫dll文件的卸載。如果程序再次需要該設(shè)備驅(qū)動時(shí)，按照步驟2再次加載設(shè)備驅(qū)動即可。
2．3 設(shè)計(jì)方法的優(yōu)點(diǎn)
在WinCE內(nèi)核動態(tài)加載GPIO端口驅(qū)動的設(shè)計(jì)方法中，內(nèi)核調(diào)用端口驅(qū)動的方式比較靈活，GPIO端口驅(qū)動文件是通過相關(guān)WinCE API直接注冊和調(diào)用的，整個(gè)開發(fā)過程不再涉及Platform Builder編譯環(huán)境的使用。開發(fā)者只需要將注意力集中在Visual Studio創(chuàng)建端口驅(qū)動文件和WinCE應(yīng)用程序的開發(fā)上，對驅(qū)動程序的修改和調(diào)試都獨(dú)立于WinCE內(nèi)核，而且在實(shí)際的使用中，端口驅(qū)動程序、WinCE內(nèi)核和WinCE應(yīng)用程序各自獨(dú)立，便于各功能模塊的獨(dú)立開發(fā)和調(diào)試。

結(jié)語
本文介紹了基于ARM+WinCE進(jìn)行項(xiàng)目開發(fā)過程中動態(tài)加載GPIO端口驅(qū)動程序的設(shè)計(jì)方法，較好地避開了對Platform Builder編譯環(huán)境的使用，能夠替代常用的基于流驅(qū)動的驅(qū)動程序的設(shè)計(jì)方法。筆者在工程項(xiàng)目中驗(yàn)證了這兩種設(shè)計(jì)方法，實(shí)際可行且快捷有效，對于其他ARM類的GPIO驅(qū)動程序開發(fā)，具有一定的借鑒意義。