Windows CE．net的AD7854驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)

引 言
    AD7854是一款高速、低功耗的12位并行接口模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，其工作電壓范圍是3～5 V，采樣頻率最高為200 kHz。由于AD7854在正常的工作模式下功耗為5．4mW，在節(jié)電模式下功耗為3．6μW，因此在便攜式設(shè)備中得到廣泛的應(yīng)用。AD7854具有自校準(zhǔn)和系統(tǒng)校準(zhǔn)功能，可確保其精確地工作。AD7854含有片上采樣保持電路和片上參考電壓(2．5 V)，從而使外圍電路設(shè)計(jì)得以簡化。當(dāng)前，在先進(jìn)的便攜設(shè)備中，大量引進(jìn)嵌入式操作系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)資源進(jìn)行管理，因此開發(fā)硬件設(shè)備的驅(qū)動(dòng)成為構(gòu)建便攜式系統(tǒng)的一個(gè)重要工作。本文以S3C2410為處理器，開發(fā)了基于Windows CE．net的AD7854驅(qū)動(dòng)程序，詳細(xì)闡述Windows CE．net下A137854流接口驅(qū)動(dòng)程序的實(shí)現(xiàn)過程及相關(guān)內(nèi)容。

1 AD7854與S3C2410的擴(kuò)展設(shè)計(jì)
    為確保AD7854在S3C2410的控制下完成采樣和模數(shù)轉(zhuǎn)換，必須合理地設(shè)計(jì)接口電路。AD7854為12位并行模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，S3C2410是32位微處理器，因此，一次讀操作即可完成AD7854轉(zhuǎn)換結(jié)果的讀取。但是，對(duì)于AD7854校準(zhǔn)寄存器的讀操作以及對(duì)各寄存器的寫操作都需要2個(gè)讀或?qū)懖僮鳎虼?，統(tǒng)一使用2個(gè)讀／寫操作完成對(duì)AD7854的操作，即僅選用AD7854的低8位數(shù)據(jù)線作為數(shù)據(jù)傳送通道。
    為了提高S3C2410的驅(qū)動(dòng)能力，在S3C2410與外設(shè)之間加入了一個(gè)雙向數(shù)據(jù)緩沖器74LVCl6245。設(shè)計(jì)的A／D轉(zhuǎn)換接口電路原理如圖1所示。

2 WindOWS CE．Ret設(shè)備驅(qū)動(dòng)簡介
    Windows CE．net設(shè)備驅(qū)動(dòng)模型主要有兩種：本機(jī)設(shè)備驅(qū)動(dòng)與流接口設(shè)備驅(qū)動(dòng)。不同的驅(qū)動(dòng)模型只能通過它們的軟件接口來區(qū)別，而不是它們適用的設(shè)備。驅(qū)動(dòng)程序模型決定其輸出的軟件接口。
    本機(jī)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序適于集成到基于Windows CE．net平臺(tái)的設(shè)備，如通用LED驅(qū)動(dòng)和電源驅(qū)動(dòng)等。每種本機(jī)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序都有精確的要求和特殊的目的，微軟提供了定制接口的方式來支持內(nèi)部設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。一般來說，只有OEM開發(fā)商對(duì)本機(jī)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序感興趣，而獨(dú)立硬件銷售商只開發(fā)附加的硬件驅(qū)動(dòng)程序。Windows CE．net平臺(tái)生成器(platform builder)提供本機(jī)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的樣本，可考慮把本機(jī)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序樣本應(yīng)用到自己的平臺(tái)上，而無需再從頭開發(fā)自己的本機(jī)驅(qū)動(dòng)程序。
    流接口設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序是一般類型的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。它表現(xiàn)為用戶一級(jí)的動(dòng)態(tài)DLL，用來導(dǎo)出一組固定的函數(shù)，稱為“流接口函數(shù)”。應(yīng)用程序可以通過文件系統(tǒng)接口函數(shù)(API)訪問這些接口函數(shù)，從而調(diào)用驅(qū)動(dòng)程序，驅(qū)動(dòng)硬件設(shè)備進(jìn)行工作。在流接口驅(qū)動(dòng)程序中，驅(qū)動(dòng)程序負(fù)責(zé)把外設(shè)抽象成一個(gè)文件，而應(yīng)用程序則使用操作系統(tǒng)提供的API對(duì)外設(shè)進(jìn)行訪問。流接口驅(qū)動(dòng)程序幾乎支持任何類型的、可以連接到基于Windows CE．net平臺(tái)的外部設(shè)備，例如打印機(jī)、調(diào)制解調(diào)器等。本文介紹的AD7854驅(qū)動(dòng)也是采用流接口驅(qū)動(dòng)模型，屬于流接口驅(qū)動(dòng)的范疇。流接口設(shè)備驅(qū)動(dòng)的體系結(jié)構(gòu)如圖2所示。

3 AD7854驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
    由圖l所示的硬件電路可知，AD7854被直接映射到系統(tǒng)的內(nèi)存，它的物理地址是Oxl0000000，因此，該設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序可以選用單片式流接口設(shè)備驅(qū)動(dòng)模型。同時(shí)S3C24lO采用中斷的方式對(duì)AD7854的轉(zhuǎn)換結(jié)果進(jìn)行讀取并啟動(dòng)下一次的轉(zhuǎn)換。因此，開發(fā)A／D驅(qū)動(dòng)主要由兩個(gè)部分組成：內(nèi)核部分和流接口函數(shù)部分。內(nèi)核部分主要完成中斷的處理，包括物理中斷到邏輯中斷的轉(zhuǎn)換，中斷的使能、禁止，喚醒中斷服務(wù)線程等工作；流接口函數(shù)部分主要通過實(shí)現(xiàn)Windows CE．net提供的接口函數(shù)完成對(duì)A137854的讀、寫操作。
3．1 AD7854中斷在WindOWS CE中的處理
    內(nèi)核部分主要是修改Windows CE．net中與中斷相關(guān)的內(nèi)核文件，完成物理中斷到邏輯中斷的映射。由圖1可知，AD7854占用外部中斷0(EINTO)。為了讓操作系統(tǒng)能夠處理外部中斷O，必須對(duì)其關(guān)于中斷處理的內(nèi)核代碼進(jìn)行修改。主要修改的內(nèi)核文件如下：
    ①修改％WIN(2ER()0T％＼PLATFORM＼SMDK2410＼INC＼oalintr．h文件；
    ②修改％WINCEROOT％＼PLATFORM＼smdk2410＼kernel＼hal＼arm＼armint．c文件中的OEMInterrupt Han—dler()函數(shù)；
    ③在中斷服務(wù)線程(IST)中調(diào)用InterruptEnable()、InterruptDisable()、InterruptDone()等函數(shù)對(duì)中斷進(jìn)行操作時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)核調(diào)用OEMInterTuptEnable()、()EMInter—ruptDisable()、()EMInterruptDone()，對(duì)中斷寄存器進(jìn)行設(shè)置，完成中斷允許、中斷禁止和中斷完成操作。對(duì)這3個(gè)OEM函數(shù)的修改，是通過修改％WINCERO0T％＼PLATFORM＼smdk2410＼kernel＼hal＼cfw．c文件完成的。
    內(nèi)核文件的修改可以參照內(nèi)核文件函數(shù)的具體實(shí)現(xiàn)來完成。經(jīng)過對(duì)Windows CE．net內(nèi)核文件的修改，完成了物理中斷EINTO到邏輯中斷號(hào)SYSINTR_ADC的映射。至此，就可以利用Windows CE．net提供的API函數(shù)，通過對(duì)邏輯中斷SYSINTR_ADC的處理來完成物理中斷零的操作。
3．2 AD7854流接口函數(shù)的實(shí)現(xiàn)
    流接口驅(qū)動(dòng)程序?qū)嵸|(zhì)上就是一個(gè)動(dòng)態(tài)鏈接庫，在Windows CE．net中，流接口函數(shù)一共有10個(gè)。這些流接口函數(shù)并不需要每個(gè)都要有具體的實(shí)現(xiàn)代碼，關(guān)鍵是要根據(jù)設(shè)備的具體工作流程來完成相應(yīng)的接口函數(shù)。本設(shè)計(jì)中開發(fā)的AD7854的驅(qū)動(dòng)程序主要實(shí)現(xiàn)的接口函數(shù)為：XXX_Deinit、XXX_Init、XXX_Open、XXX_Close、XXX_Read、XXX_Write。XXX為設(shè)備文件名的前綴，由于開
發(fā)的是模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的驅(qū)動(dòng)，故在此將該前綴命名為“ADC”。以下具體介紹在Platform Builder開發(fā)環(huán)境下AD7854驅(qū)動(dòng)的開發(fā)過程。
    首先，在。Platform Builder4．2開發(fā)環(huán)境下為AD7854的驅(qū)動(dòng)建立一個(gè)WCE Dynamic—Link Library工程，隨后就可以在該工程下完成各流接口函數(shù)。流接口函數(shù)的實(shí)現(xiàn)需要完成兩個(gè)主要方面的工作：AD7854數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的建立和各接口函數(shù)代碼的實(shí)現(xiàn)。
    (1)AD7854的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
    在編寫流接口函數(shù)之前，應(yīng)該定義設(shè)備的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，這是對(duì)現(xiàn)實(shí)設(shè)備的抽象。根據(jù)AD7854在操作中所涉及的CPU相關(guān)存儲(chǔ)器以及AD7854內(nèi)部操作的需要，現(xiàn)將AD7854抽象成以下結(jié)構(gòu)類型：

    AD7854的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以看作是與AD7854相關(guān)的邏輯體。通過WindowsCE．net提供的內(nèi)存映射函數(shù)VirtualAl—loe()和VirtualCopy()，可以將邏輯體與具體的物理地址關(guān)聯(lián)起來，完成對(duì)物理存儲(chǔ)器的設(shè)置。
    (2)流接口函數(shù)的開發(fā)
    流接口函數(shù)為應(yīng)用程序操作硬件提供統(tǒng)一的接口，完成對(duì)硬件的抽象工作。一個(gè)流接口函數(shù)實(shí)質(zhì)上就是提供某一特定功能的模塊，根據(jù)硬件的不同，各接口函數(shù)實(shí)現(xiàn)的內(nèi)容千差萬別。有的接口函數(shù)需要很多的代碼，有的就是一個(gè)空的函數(shù)體。在AD7854驅(qū)動(dòng)的接口函數(shù)中，初始化函數(shù)以及讀寫函數(shù)是主要的接口函數(shù)，本文結(jié)合硬件具體介紹其實(shí)現(xiàn)過程：
    ①PADC_CONTEXT ADC_Init(LPCTSTR pCon—text，LPCVOID lpvBusContext)。該接口函數(shù)在驅(qū)動(dòng)程序加載時(shí)，由設(shè)備管理器調(diào)用。在該函數(shù)中主要完成硬件初始化工作，如映射設(shè)備的物理內(nèi)存、配置相關(guān)寄存器、創(chuàng)建中斷事件、中斷服務(wù)線程等。
    ADC_Init函數(shù)需按照一定的順序完成驅(qū)動(dòng)的初始化工作，其內(nèi)部函數(shù)的調(diào)用順序如圖3所示。ADC_Init調(diào)用成功以后，將返回AD7854結(jié)構(gòu)體的首地址——pADC，同時(shí)表明該驅(qū)動(dòng)加載成功。
    ②DWORD ADC_Read(PADC_CONTEXT pADC，PUCHAR pBuffer，DWORD Count)。該接口函數(shù)主要完成對(duì)AD7854．的讀操作，代碼是對(duì)操作的抽象。為了更好地體現(xiàn)開發(fā)過程，首先介紹一下AD7854的讀操作過程。AD7854一次輸出16位數(shù)據(jù)，分成2次輸出(高8位、低8位)。在讀寫時(shí)序中，除了通過對(duì)CPU的存儲(chǔ)寄存器的相關(guān)配置以滿足時(shí)間上的要求外，另一個(gè)重要的地方就是注意滿足高字節(jié)使能輸出引腳(HBEN)的需要。具體是在輸出高字節(jié)時(shí)，該引腳應(yīng)輸入高電平。AD7854輸出一次16位數(shù)據(jù)時(shí)有兩種輸出方式：其一就是高8位先輸出，然后是低8位輸出(與此相對(duì)應(yīng)，HBEN引腳在AD7854讀時(shí)序中第1個(gè)字節(jié)為高電平，第2個(gè)字節(jié)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(gè)AD7854的讀時(shí)序中地址線O應(yīng)改變一次自己的狀態(tài)。同時(shí)AD7854的片選與LnGCS2相連，這也就構(gòu)成了AD7854的兩個(gè)讀物理地址：0x1000 0000和0x1000 0001。在本設(shè)計(jì)中，規(guī)定先讀低8位數(shù)據(jù)然后為高8位，因此地址線應(yīng)先送出Oxl000 0000然后送出0x1000 0001。AD7854的讀周期時(shí)序如圖4所示。

    由此可開發(fā)AD7854讀接口函數(shù)，具體代碼如下：

 

   寫接口函數(shù)DWORD ADC_Write(PADC_CON—TEXT pADC，PUCHAR pBuffer，DWORD Count)，主要完成對(duì)．AD7854的寫操作。AD7854的寫操作過程和讀操作很相似，代碼的實(shí)現(xiàn)過程也基本相同，在此就不再贅述。
    其余的接口函數(shù)主要完成返回AD7854的結(jié)構(gòu)句柄，釋放內(nèi)存空間等工作。雖然必不可少，但是對(duì)AD7854的操作不是主要的，在此不再詳細(xì)介紹。
    編寫導(dǎo)出函數(shù)和注冊(cè)表文件，編譯生成d11文件，通過PB將其制作成CEC文件，在定制操作系統(tǒng)時(shí)可以將驅(qū)動(dòng)程序加入操作系統(tǒng)中。這樣就完成了驅(qū)動(dòng)程序的編寫，實(shí)現(xiàn)了操作系統(tǒng)與硬件之間的連接。

4 結(jié) 論
    Windows CE．net是多任務(wù)實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)，具有良好的圖形界面，實(shí)時(shí)性良好、功能強(qiáng)大，適用于工業(yè)控制領(lǐng)域。本文以AD7854的驅(qū)動(dòng)開發(fā)為例，闡述了Windows CE．net對(duì)外部中斷的處理過程和流接口驅(qū)動(dòng)的開發(fā)方法。該驅(qū)動(dòng)程序已成功應(yīng)用在所開發(fā)的作業(yè)環(huán)境監(jiān)測與評(píng)價(jià)系統(tǒng)中，在微氣候各指標(biāo)的監(jiān)測方面應(yīng)用效果良好。