基于WinCE6．0的LPC3250串口驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)

引 言

Windows CE是一個(gè)開放的、可升級(jí)、可裁減的32位實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)，具有可靠性好、實(shí)時(shí)性高、內(nèi)核體積小的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、信息家電、移動(dòng)通信、汽車電子、個(gè)人電子消費(fèi)品等領(lǐng)域。最新版本W(wǎng)indows Em-bedded CE 6．0于2006年11月發(fā)布，其特點(diǎn)有：最大進(jìn)程數(shù)量到32K，且每個(gè)進(jìn)程有最大2 GB的虛擬內(nèi)存空間；將關(guān)鍵的驅(qū)動(dòng)程序、文件系統(tǒng)和圖形界面管理器移到了內(nèi)核中，大大減少了CPU在內(nèi)核態(tài)和用戶態(tài)間切換造成的性能損失等。 LPC3250是NXP半導(dǎo)體公司(由Philips公司成立)推出的帶有矢量浮點(diǎn)協(xié)處理器的ARM926EJ-SCPU內(nèi)核的微控制器。它具有豐富的外圍接口，包括7個(gè)UART，其中4個(gè)是標(biāo)準(zhǔn)UART，另外3個(gè)是高速UART，都帶有64字節(jié)的接收和發(fā)送FIFO，最高可支持的速率達(dá)921 600 b／s。為了實(shí)現(xiàn)低功耗，LPC3250采用NXP半導(dǎo)體先進(jìn)的開發(fā)技術(shù)來(lái)優(yōu)化內(nèi)在功率，并使用增強(qiáng)型的軟件控制結(jié)構(gòu)使基于功率管理的應(yīng)用得到優(yōu)化。在同時(shí)要求高性能和低功耗的嵌入式應(yīng)用中，運(yùn)行Win-dows CE的LPC3250平臺(tái)將會(huì)有很好的市場(chǎng)前景，對(duì)于最常用到的串口的驅(qū)動(dòng)開發(fā)顯得尤為重要。

1 WindOWS CE的串口驅(qū)動(dòng)模型

基于Windows CE有兩種驅(qū)動(dòng)程序模型：本機(jī)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和流接口驅(qū)動(dòng)程序。串口驅(qū)動(dòng)就屬于分層的流接口驅(qū)動(dòng)程序。分層驅(qū)動(dòng)程序?qū)⒃O(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序分為兩層：平臺(tái)相關(guān)驅(qū)動(dòng) PDD(Platform Dependence Driver)層和模型設(shè)備驅(qū)動(dòng)MDD(Model Device Driver)層。PDD層由特定于給定硬件設(shè)備或平臺(tái)的代碼組成，很多時(shí)候用戶需要根據(jù)具體平臺(tái)修改；MDD層包含平臺(tái)無(wú)關(guān)的代碼，它通過(guò)實(shí)現(xiàn)一些操作系統(tǒng)預(yù)先定義的接口來(lái)實(shí)現(xiàn)某一類設(shè)備的通用功能，通常由微軟提供。操作系統(tǒng)與MDD層之間通過(guò)DDI(設(shè)備驅(qū)動(dòng)接口)進(jìn)行交互。MDD層也實(shí)現(xiàn)了中斷處理線程IST，并定義一些與PDD層的接口函數(shù)，這些接口函數(shù)稱為DDSI(設(shè)備驅(qū)動(dòng)服務(wù)接口)。

用％_WinCEROOT％來(lái)表示W(wǎng)indows CE的安裝根目錄，符合‘550工業(yè)規(guī)范的串口驅(qū)動(dòng)源碼主要位于＼％_WINCEROOT％＼PUBLIC＼COMMON＼OAK＼DRIVERS＼SERIAL下，主要看表1所列的一些重要文件。

如圖1所示，串口應(yīng)用程序通過(guò)設(shè)備管理器調(diào)用mdd．c中MDD層的標(biāo)準(zhǔn)流設(shè)備驅(qū)動(dòng)接口COM_XXX，在COM_XXX中通過(guò)結(jié)構(gòu)體 HW_INDEP_INFO中HWOBJ結(jié)構(gòu)體調(diào)用串口硬件操作函數(shù)HWxxx；然后在cserpdd．cpp中GetSeri-alObject函數(shù)通過(guò)HW_VTBL類型數(shù)組IoVTb1將HWxxx映射為Serxxx系列函數(shù)，Serxxx系列函數(shù)則調(diào)用CSerialPDD類中的成員函數(shù)(其中的純虛函數(shù)由CserialP-DD的繼承類CP-dd16550實(shí)現(xiàn)，真正與物理底層操作的是CPdd16550的數(shù)據(jù)成員CReg16550中的 Write_XXX、Read_XXX函數(shù))；最終通過(guò)調(diào)用WRITE_PORT_UCHAR和READ_PORT_UCHAR系統(tǒng)函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

2 WinCE6．0下的LPC3250串口驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)

Windows CE的串口驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)中最重要的是兩點(diǎn)：配置串口相關(guān)的寄存器和處理中斷。配置寄存器，包括實(shí)現(xiàn)與物理底層操作的函數(shù)，將寄存器地址映射到內(nèi)核進(jìn)程的虛擬地址，在串口操作的不同階段配置好各種寄存器；處理中斷，包括將物理中斷映射為系統(tǒng)中斷，將中斷與事件綁定，中斷發(fā)生時(shí)進(jìn)行相應(yīng)的中斷處理。

LPC3250串口與‘550工業(yè)規(guī)范的串口有差異，為了保證程序的通用性和盡量減少代碼量，在實(shí)現(xiàn)LPC3250串口驅(qū)動(dòng)程序時(shí)，需要繼承 CPdd16550和CReg16550類，根據(jù)實(shí)際的硬件特性實(shí)現(xiàn)它們的純虛函數(shù)并擴(kuò)展其虛函數(shù)的功能，配置硬件相關(guān)的寄存器和修改相關(guān)代碼。首先實(shí)現(xiàn) CReg16550的繼承類CRegLPC32xx，主要實(shí)現(xiàn)與物理底層操作的函數(shù)Write_xxx和Read_xxx，對(duì)串口寄存器進(jìn)行讀寫操作。這里要注意的是LPC3250串口寄存器地址間隔是32位，而不是標(biāo)準(zhǔn)的8位；CPdd16550的繼承類Clpc32xxPdd16550UART本質(zhì)還是個(gè)抽象類，同時(shí)為標(biāo)準(zhǔn)串口和高速串口服務(wù)，要重新實(shí)現(xiàn)Init、GetDivisorO-{Rate、GetWaterMark、 MapHardware、CreateHardwareAc-cess、CreateSerialObject、DeleteSerialObject等函數(shù)，其他的函數(shù)可以直接調(diào)用CPdd16550的成員函數(shù)，只需要修改相關(guān)串口寄存器的宏定義。


在Clpc32xxPdd16550UART的Init函數(shù)中，GetIsrInfo以串口的Active注冊(cè)表鍵為依據(jù)查出物理中斷號(hào)，并保存在 DDKISRINFO結(jié)構(gòu)體的dwlrq成員中。KernelloCon-trol函數(shù)將物理中斷號(hào)轉(zhuǎn)換為邏輯中斷號(hào)，符合條件就將邏輯中斷號(hào)回寫到注冊(cè)表中。相關(guān)代碼如下：

接著調(diào)用父類CPdd16550的Init函數(shù)，創(chuàng)建中斷服務(wù)線程(IST)事件，并通過(guò)InterruptInitialize函數(shù)將事件與邏輯中斷號(hào)關(guān)聯(lián)起來(lái)，最后調(diào)用CreateHardwareAccess和MapHardware函數(shù)將串口基地址及相關(guān)寄存器片內(nèi)地址映射到內(nèi)核進(jìn)程的虛擬地址。
在MapHardware中，用GetWindowInfo根據(jù)串口的Active注冊(cè)表鍵獲得串口的全部I／O端口和內(nèi)存地址信息，然后用 MmMapIoSpace函數(shù)將串口物理地址和相關(guān)控制寄存器地址轉(zhuǎn)換成內(nèi)核進(jìn)程的虛擬地址，以便后面對(duì)寄存器進(jìn)行操作，部分代碼如下：

CreateHardwareAccess函數(shù)根據(jù)MapHardware得到的m_pBaseAddress，構(gòu)造一個(gè)CRegLPC32xx類實(shí)例，然后調(diào)用CRegLPC32xx類的Init函數(shù)確保串口控制器硬件進(jìn)入穩(wěn)定的工作狀態(tài)。

根據(jù)LPC3250的數(shù)據(jù)手冊(cè)，設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)UART的波特率需要設(shè)置小數(shù)波特率預(yù)分頻器和UART波特率發(fā)生器。當(dāng)不用小數(shù)波特率預(yù)分頻器(即X=Y=1) 時(shí)，將標(biāo)準(zhǔn)UART的{Baudrate，DLM：DLL}的值定義一個(gè)數(shù)組BaudPairs[]。GetDivisorOfRate根據(jù)這個(gè)數(shù)組得到分頻系數(shù)，然后調(diào)用父類的成員函數(shù)SetBaudRate便可設(shè)置波特率。高速UART的波特率類似，只是波特率計(jì)算公式和分頻系數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)UART不同。

用GetWaterMark得到接收器FIFO的觸發(fā)深度，分別為16、32、48和60位，然后在CPdd16550的InitReceive中設(shè)置FIFO控制寄存器，默認(rèn)的FIFO觸發(fā)深度是32位。

Clpc32xxPdd16550UART是個(gè)抽象類，實(shí)現(xiàn)通用功能，具體的要分別由繼承的標(biāo)準(zhǔn)串口Clpc32xxPdd16550Stan- dardUART類和高速串口Clpc32xxPdd16550HighUART類實(shí)現(xiàn)。在各自初始化時(shí)，主要是配置各種寄存器，實(shí)現(xiàn)具體硬件差異化，包括：配置UART時(shí)鐘控制寄存器、時(shí)鐘模式寄存器和時(shí)鐘選擇寄存器，分別使能UART時(shí)鐘、設(shè)置自動(dòng)時(shí)鐘模式、選擇相應(yīng)的時(shí)鐘源作為分頻器的輸入時(shí)鐘；禁止UART3 Modem和UART6 IrDA功能；禁止UART的回送功能。

特別要強(qiáng)調(diào)的是關(guān)于中斷的處理，串口驅(qū)動(dòng)中斷可以用動(dòng)態(tài)映射，也可以用靜態(tài)映射。在OEMInter-ruptHandler、 Clpc32xxPdd16550UART：：Init、CPdd16550：：Init、CPdd16550：：ThreadRun等處加入調(diào)試打印信息，可以較快地找到問(wèn)題所在，確定硬件中斷是否映射為系統(tǒng)中斷、系統(tǒng)中斷與中斷事件是否綁定、中斷產(chǎn)生時(shí)是否進(jìn)入相應(yīng)的處理程序。中斷處理好了，串口驅(qū)動(dòng)就基本完成了。

上述工作結(jié)束后，就要添加串口的注冊(cè)表。以串口3為例，主要是設(shè)置動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)DLL、設(shè)備基地址、中斷號(hào)、前綴名、被加載的順序等。根據(jù)注冊(cè)表的 DeviceArrayIn-dex、CreateSerialObject就可以構(gòu)造標(biāo)準(zhǔn)串口或高速串口類實(shí)例了， DeleteSerialObject在退出驅(qū)動(dòng)時(shí)刪除實(shí)例。具體代碼如下：

在廣州致遠(yuǎn)電子有限公司的SmartARM3250開發(fā)板上，通過(guò)WinCE的串口應(yīng)用程序與上位PC機(jī)進(jìn)行發(fā)送接收實(shí)驗(yàn)，本驅(qū)動(dòng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)串口最高460 800 b／s、高速串口最高921 600 b／s的穩(wěn)定傳輸。

結(jié) 語(yǔ)

本文介紹了WinCE6．0下的串口驅(qū)動(dòng)模型，結(jié)合LPC3250的硬件情況，詳細(xì)說(shuō)明了串口驅(qū)動(dòng)開發(fā)過(guò)程，包括配置串口相關(guān)的寄存器和處理中斷中重要函數(shù)的實(shí)現(xiàn)，以及注冊(cè)表和Source文件編寫等。本驅(qū)動(dòng)程序在廣州致遠(yuǎn)電子有限公司的SmartARM3250開發(fā)板上實(shí)驗(yàn)成功。在串口驅(qū)動(dòng)開發(fā)中所用的思路，對(duì)其他類似的驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)有較高的參考價(jià)值。