0 引言
W inCE 的兩種模型是本機的設備驅動程序和流接口的驅動 程對于通常的嵌入式電子設備， 尤其是不能長久地連接交流電源的嵌入式電子設備， 降低顯示設備的耗電一直是電源管理的主要任務。目前， 有許多類型的顯示設備， 但現代大多數產品都選用反射式薄膜晶體管 ( TFT ) 顯示加背光燈作為顯示設備。雖然在光線充足的情況下可以看清屏幕上的內容， 但是考慮到閱讀的舒適度， 還是需要把背光燈打開。 基于 W indow s CE 的嵌入式系統(tǒng)終端通 常以電池供電。因此， 背光驅動電源管理的作用顯得尤為關鍵。如何減少目標系統(tǒng)的不必要的耗電， 延長其待機時間， 就成了 W indow s CE 操作系統(tǒng)電源管理設計與開發(fā)的一個重要內容。
本文從WinCE 的流接口設備驅動程序出發(fā)， 詳細介紹了基于 Window s CE 操作系統(tǒng)電源管理策 略和基本原理， 并且在WinCE 背光驅動中實現了電源管理的設計與開發(fā)。
1 Window CE 驅動程序架構
目前，WinCE 提供了四種設備模型， 其中兩種是專門用于 WinCE 的模型，另外兩種模型來自其他操作系統(tǒng)?；赪inCE 的兩種模型是本機的設備驅動程序和流接口的驅動程序。兩種外部模型用于通用串行總線(USB) 和網絡驅動器接口標準(NDIS) 驅動程序。其中流接口驅動程序是為連接到基于WinCE 平臺的外圍設備而設計的， 這些外圍設備包括SD 卡、攝像頭、打印機等，其驅動模型如圖1 所示。本文基于S3C2440A 的ARM9 開發(fā)板上LCD 顯示屏的背光控制流接口驅動程序， 詳細分析WinCE 下背光驅動的電源管理開發(fā)實現流程。
圖1 Window s CE 流接口驅動模型
從圖1 可以看出， 外圍設備由設備驅動程序管理， 用戶應用程序通過調用文件系統(tǒng)從而實現對外部物理設備的訪問， 流接口驅動程序通過把外圍設備表示為文件系統(tǒng)的一個特殊文件， 而使得應用程序在使用外圍設備時就像打開、關閉一個文件一樣簡單。
2 Window CE 電源管理
2.1 電源管理架構和電源管理器
電源管理的總體結構如圖2 所示。電源管理器直接或者間接地與應用程序和驅動程序交互。電源管理器與驅動程序主要通過驅動程序接口進行交互， 與應用程序通過API 和提醒接口進行交互。其中， 電源管理器專門負責管理設備電源狀態(tài)， 從而提高操作系統(tǒng)的整體電源效率， 并且與不支持電源管理的驅動程序相兼容。電源管理器在操作系統(tǒng)中的軟件實體是動態(tài)鏈接庫pm. dll, 它由設備管理器device. dll 加載到Windows CE 的內核進程中運行。
圖2 電源管理架構示意圖
使用電源管理器， 設備接收作為I/ O 控制代碼(IOCT L)形式的電源狀態(tài)變化的通知。使用IOCT L 管理電源可以區(qū)分設備的電源狀態(tài)與整個操作系統(tǒng)的電源狀態(tài)。這樣， 當操作系統(tǒng)正在運行時， 一些設備可以關閉自己的電源， 而當操作系統(tǒng)掛起時， 另外一些設備可以保持原有狀態(tài)。
2.2 Windows CE設備電源狀態(tài)和系統(tǒng)電源狀態(tài)
電源管理器期望所有被管理的設備都支持一個或者多個設備電源狀態(tài)， 設備必須向電源管理器報告它們的電源消耗特征， 設備電源狀態(tài)通常需要在性能與電量消耗之間進行折中。
電源狀態(tài)包括系統(tǒng)電源狀態(tài)和設備電源狀態(tài)。設備管理器在由OEM 定義的系統(tǒng)電源狀態(tài)的范圍內管理設備電源狀態(tài)， 系統(tǒng)電源狀態(tài)對設備電源狀態(tài)施加了一個上界。
Window s CE 的設備電源狀態(tài)是操作系統(tǒng)的靜態(tài)的預定義電源狀態(tài)。外設的驅動程序從電源管理器處接收改變設備電源狀態(tài)的請求， 將它轉換成外設可以支持的電源狀態(tài)， 并且負責最后實現在物理外設上的電源狀態(tài)改變。
Window s CE 提供5 種預定義的設備電源狀態(tài)。它們在注冊表中也有相對應的鍵。如果以Dn 代表D0~ D4, 則n 的數字越小的電源狀態(tài)等級下外設的耗電量越大， 如表1 所列。
表1 設備電源狀態(tài)
Window s CE 操作系統(tǒng)的系統(tǒng)電源狀態(tài)與設備電源狀態(tài)性質完全不同， 它不是靜態(tài)定義的， 而是由OEM 用戶根據需要自定義。OEM 用戶通過配置系統(tǒng)注冊表定義系統(tǒng)的電源狀態(tài)，系統(tǒng)電源狀態(tài)的名稱被定義成注冊表項的名字。圖3 描述了Window s CE 支持4 種最典型的系統(tǒng)電源狀態(tài)的轉換。[!--empirenews.page--]
圖3 系統(tǒng)電源狀態(tài)的轉換
3 背光驅動的電源管理
3.1 LCD 背光的電源管理策略
背光驅動啟動一個監(jiān)視工作線程， 不停的等待3 個事件：
3.1.1 BackLightChang eEv ent
等待注冊表中時鐘的更新， 在注冊表的時鐘更新之后總是將背光燈打開。
dw Resul t = WaitForMul tipleObject s( NUM _EVENT S, & g_evtSignal[ 0] , FALSE, dw Tim eout ) ;
if ( WAIT _OBJECT_0 = = dw Res ult ) {
BL_ReadRegist ry( & g_BLInf o) ;
BL_On( TRUE) ;
}
3.1.2 Pow erChangedEv ent
供電電源發(fā)生變化， 例如插入了電源， 監(jiān)視線程會獲得了這個事件。如果使用電源， 可以使用m _ dw ACTimeout 值作為超時值， 否則， 使用m _ dw Batter yT imeout 值作為超時值。
if ( dw Result = = WAIT_OBJECT _0+ BL_POWERE VT) {
if ( IsACOn( ) ) {
dw Timeout = g_BLInf o. m_dw ACTim eout * 1000;
}
else {
dw Timeout = g_BLInf o. m_dw Bat t eryT imeout * 1000;
}
}
3.1.3 Pow erM anag er/ ActivityTimer / UserActivity
等待用戶輸入事件，如果用戶有按鍵動作，則無論電源插上與否背光驅動都打開，否則，等待超時事件的發(fā)生， 將背光驅動關閉。
if ( dw Result = = WAIT_OBJECT _0+ 1 | | dwResult = = WAIT _OBJECT _0 + BL_BUT TONEVT )
{
if ( IsACOn( ) ) {
if ( g_BLIn fo. m_bAC Au t o) {
BL_On( TRUE) ; }
}
else {
if ( g_BLIn fo. m_bBat t eryAut o) {
BL_On( TRUE) ; }
}
}
else if ( dw Result = = WAIT_T IMEOUT ) {
BL_On( FALSE) ;
}
注冊表的超時值決定了背光燈的工作時間。在注冊表中進行如下超時值的設置：
[ H KEY_CURRE NT_USER/ Cont rolPanel / Backlight ]
"AC Timeout "= dword: 3c / / 十六進制， 十進制為60
"Bat t eryT imeout "= dw ord: 1e / / 十六進制， 十進制為30[!--empirenews.page--]
3.2 創(chuàng)建支持電源管理的背光驅動
要想獲得電源管理的功能支持， 首先要使電源管理器可以識別背光驅動程序。為此， 背光驅動需要向設備管理器聲明一個特殊的代表電源管理的設備類型的GUID.具體操作是在Active 注冊表鍵的IClass 表項中增加一個GUID.在Platform.reg 文件中添加如下：
"IClass "= "{ A32942B7- 920C- 486b - B0E6 - 92A702A99B35} "; Pow er- manageable generi c
3.3 在背光驅動中添加對I/O 控制代碼( IOCTL) 的支持
在背光驅動被通知為支持電源管理的驅動后， 只需處理來自電源管理器的DeviceIoControl 調用。電源管理器使用如表2所示的IOCTL 代碼與背光燈進行通信。
表2 電源管理的IOCTL 操作碼
其中IOCTL _ POWER _ CAPABILITIES 是支持任何一個支持電源管理的流接口驅動程序所必須實現的。
3.4 IOCTL 代碼的實現
在驅動程序被加載到系統(tǒng)中的初始階段， 背光驅動首先將設備電源狀態(tài)置于D0 狀態(tài)， 然后電源管理器通過IOCTL _POWER _ CAPABILITIES 操作碼調用它的IOControl 函數。
在向設備發(fā)出查詢時， 背光驅動詳細的報告該設備的電源管理能力， 以便將自己納入到系統(tǒng)的電源管理策略中去。如果本次的查詢電源管理支持能力的操作失敗， 則電源管理器將會認為該設備驅動程序不支持其他4 個電源管理IOCTL 操作碼。具體代碼如下：
cas e IOCT L_POWER_CAPABILIT IES :
{
PPOWER_CAPABILIT IES ppc;
if ( ! pdw ActualOu t | | ! pBufOut | | ( dw LenOut < sizeof
( POWE R_CAPABILITIES) ) )
{
RetVal = FALSE ;
dw Er r = ERROR_INVALID_PARAMET ER;
break;
}
ppc = ( PPOWER_C APABILITIES ) pBufOut ;
m ems et ( ppc, 0, sizeof ( POWER_CAPABILIT IE S) ) ;
ppc- > DeviceDx = 0x11; / / 支持D0, D4 兩種設備電源狀態(tài)
ppc- > Pow er[ D0] = 25000; / / 25 m = 25000 uA
* pdw ActualOut = siz eof (POWE R_CAPABILITIES) ;
} break;
在初始階段完成后， 電源管理器可以根據電源管理策略調用IOCTL _ POWER _ SET 調整設備的電源狀態(tài)。在實現對IOCTL _ POWER _ SET 支持時， 開發(fā)背光驅動需要注意的是設備并不一定具備所有五種設備電源狀態(tài)， 但至少工作在D0狀態(tài)和D4 狀態(tài)。
3.5 休眠和喚醒的處理
電源休眠喚醒是延長系統(tǒng)電源工作時間的一項重要技術。在系統(tǒng)進入休眠狀態(tài)時， 驅動程序應該關閉設備的電源， 即使該設備由于應用程序的請求不處于D4 狀態(tài)。背光驅動通過BAK _ Pow erDown 和BAK _ PowerUp 接收系統(tǒng)休眠和喚醒的通知， 這些通知在內核調用OEMPowerOff 之前發(fā)出， 并處于中斷上下文中。
4 背光驅動測試
將背光驅動打包進內核鏡像文件， 下載到開發(fā)平臺， 打開系統(tǒng)顯示屬性， 在使用電池電源供電的情況下， 如果用戶在30s 之內沒有活動， 那么LCD 的背光燈將進入空閑狀態(tài); 在使用外部電源供電的情況下， 如果用戶在1 分鐘內沒有活動，那么LCD 的背光燈也將進入空閑狀態(tài)。
5 結論
本文設計了一種基于Window s CE 操作系統(tǒng)的嵌入式終端背光驅動的電源管理系統(tǒng)。在分析流接口驅動和WinCE 操作系統(tǒng)電源管理的基礎上， 結合電源管理的IOCT L 操作碼， 完成了背光驅動電源管理系統(tǒng)的設計， 并給出了背光驅動程序電源管理部分實現的關鍵性代碼。經過測試， 背光驅動程序可以有效地控制LCD 背光燈的電力消耗， 也能夠與整個系統(tǒng)的電源狀態(tài)協(xié)調一致， 系統(tǒng)對背光的控制滿足設計需求。最后， 本文對WinCE 操作系統(tǒng)下背光驅動電源管理策略的研究， 對設計其他同類嵌入式終端產品驅動程序的電源管理系統(tǒng)也具有重要的指導意義和參考價值。
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