0 引言
隨著經(jīng)濟(jì)技術(shù)的不斷發(fā)展,以及自動化程度的提高,越來越多的場合需要用到遠(yuǎn)程控制。在承接的國家大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng)目——基于無線跳傳網(wǎng)絡(luò)的智能抄表系統(tǒng)中,中繼(SINK)模塊,即采用S3C2410在WinCE下驅(qū)動射頻芯片CC1101作手持終端控制器。其中,在WinCE下驅(qū)動CC1101成為該項(xiàng)目的一個難點(diǎn)。CC1101使用SPI通信,而SPI驅(qū)動屬于WinCE串口驅(qū)動的一種,是流驅(qū)動。本文將介紹WinCE 5.0下,C11 01的SPI驅(qū)動程序設(shè)計(jì)。
1 CC1101的SPI接口特性
CC1101基于TI公司的0.18 μm CMOS晶體SmartRF04技術(shù),是一種低成本、真正單片的UHF收發(fā)器,為低功耗無線應(yīng)用而設(shè)計(jì)。電路主要設(shè)定在315 MHz,433 MHz,868 MHz和915 MHz的ISM(工業(yè),科學(xué)和醫(yī)學(xué))和SRD(短距離設(shè)備)頻率波段,CC1101的主要操作參數(shù)和64位發(fā)送/接收FIFO可通過SPI接口控制,具有14個命令寄存器,47個普通配置寄存器和12個狀態(tài)寄存器,通過4線SPI兼容接口(SI,SO,SCLK和CSn)配置。其中,SPI接口是一種同步串行通信接口,CSn是芯片選擇管腳,當(dāng)該管腳為低電平時,SPI接口可以通信;SI和SO為數(shù)字傳輸管腳,SI用于數(shù)據(jù)輸入,SO用于數(shù)據(jù)輸出;SCLK為同步時鐘,在時鐘的上升沿?cái)?shù)據(jù)被寫入或讀出。CC1101中SPI接口的讀/寫操作方式如圖1所示。
CC1101的配置、命令發(fā)布和發(fā)射接收緩存的數(shù)據(jù)讀取都通過SPI完成,SPI的操作都由主機(jī)控制,對CC1101來說,主機(jī)的控制操作即是發(fā)送的headerbyte。下面介紹兩種主要狀態(tài)下的主機(jī)操作。
(1)讀寄存器、讀狀態(tài)
①寫入頭字節(jié)(R,0/1,address);
②dummy write為從設(shè)備提供一個CLK,從SPI接收數(shù)據(jù)即讀出address的數(shù)據(jù)。如果是突發(fā)訪問n個寄存器,則重復(fù)n次。
(2)寫寄存器、寫命令
①寫入頭字節(jié)(W,0/1,address);
②寫入數(shù)據(jù)字節(jié)(data)。如果是突發(fā)訪問n個寄存器,則重復(fù)n次。
由于ARM的SPI硬件操作屏蔽了對CLK的直接控制,讀的時候必須要dummy write為從設(shè)備提供一個CLK,可以寫0xFF。在每次寫前要確保SPI空閑,并且沒有發(fā)生溢出,寫后要確保發(fā)送完畢,再進(jìn)行其他SPI操作。
2 WinCE下SPI驅(qū)動程序開發(fā)
Win CE下的SPI驅(qū)動屬于流驅(qū)動。流驅(qū)動是能夠?qū)С隽鹘涌诤瘮?shù)的驅(qū)動程序。在設(shè)計(jì)此類驅(qū)動時,把設(shè)備驅(qū)動程序當(dāng)成一種特殊的文件,接口函數(shù)與一般的文件APl函數(shù)一樣,比如CreatFile(),WriteFile(),ReadFile()和CloseHandle()等,因此在應(yīng)用程序設(shè)計(jì)時可以通過使用文件系統(tǒng)API來調(diào)用驅(qū)動程序,以達(dá)到訪問設(shè)備的目的。SPI驅(qū)動是一個動態(tài)鏈接庫(DLL),可以被加載到內(nèi)核空間,成為內(nèi)核模式驅(qū)動。
SPI驅(qū)動程序是操作系統(tǒng)與硬件之間的接口,是對硬件設(shè)備的抽象。操作系統(tǒng)可以通過驅(qū)動程序來對設(shè)備進(jìn)行操作和管理。當(dāng)應(yīng)用程序需要讀取底層的物理器件輸出時,就必須通過操作系統(tǒng)內(nèi)核來加載特定的設(shè)備驅(qū)動程序,通過驅(qū)動程序來與底層的硬件進(jìn)行通信,然后將讀取信息傳入應(yīng)用程序中。當(dāng)為WinCE 5.0添加外圍設(shè)備時,必須以流接口驅(qū)動方式提供給操作系統(tǒng)內(nèi)核,再由操作系統(tǒng)對其進(jìn)行加載,加載正確后,才可以在應(yīng)用程序中通過標(biāo)準(zhǔn)的I/O函數(shù)調(diào)用底層的驅(qū)動。
WinCE 5.0設(shè)備驅(qū)動程序開發(fā)中最重要的是設(shè)備相關(guān)寄存器的配置。寄存器的配置包括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。這里,給出了在無線通信領(lǐng)域中,基于S3C2410和WinCE 5.0的具體應(yīng)用方案,并在該應(yīng)用測試方案上設(shè)計(jì)基于WinCE 5.0的設(shè)備接口驅(qū)動?,F(xiàn)在開始建立WCE Dynamic-Link Library工程SPI_Driver,然后編寫驅(qū)動程序接口函數(shù)?;赪in CE設(shè)備流驅(qū)動程序的開發(fā),不管是什么設(shè)備,它們的實(shí)現(xiàn)框架都是相同的,只要把相關(guān)流接口實(shí)現(xiàn)即可。下面介紹幾個常用的函數(shù)和測試操作。
2.1 DllEntry()函數(shù)
該函數(shù)是動態(tài)鏈接庫的入口,每個動態(tài)鏈接庫都需要輸出這個函數(shù),但它只在動態(tài)庫被加載和卸載時才被調(diào)用,它是每個動態(tài)鏈接庫最早被調(diào)用的函數(shù),一般用它做一些全局變量的初始化。
2.2 SPI_Init()函數(shù)
該函數(shù)是驅(qū)動程序動態(tài)庫被成功裝載后第一個被調(diào)用的函數(shù)。它的調(diào)用時間僅次于DllEntry()函數(shù),驅(qū)動程序應(yīng)當(dāng)在這個函數(shù)中初始化硬件,如果初始化成功,就分配一個自己的內(nèi)存空間,將自己的狀態(tài)保存起來,并且將該內(nèi)存塊的地址作為一個DWORD值返回給上層。設(shè)備管理器就會在調(diào)用SPI_Open()時將該句柄傳回。如果初始化失敗,則返回零以通知這個驅(qū)動程序沒有加載成功,先前所分配的系統(tǒng)資源應(yīng)該全部釋放,此程序的生命即告終止。VirtualAlloc()和VirtualCopy()函數(shù)用來實(shí)現(xiàn)虛擬內(nèi)存空間的分配,并且映射到硬件的物理地址,在Ini-tAddrlO()和InkAddrSPIreg()中被調(diào)用。初始化軟件流程如圖2所示。
2. 3 SPI_Open()函數(shù)和SPI_Close()函數(shù)
當(dāng)用戶程序調(diào)用CreateFile()打開這個設(shè)備時,設(shè)備管理器就會諷用此驅(qū)動程序的SPI_Open()函數(shù)。
當(dāng)用戶程序調(diào)用CloseHandle()關(guān)閉這個設(shè)備時,SPI_Close()函數(shù)就會被設(shè)備管理器調(diào)用。參數(shù)hOpenContext是SPI_Open()返回給上層的那個值。 SPI_Close()函數(shù)應(yīng)該做與SPI_Open()相反的事情,具體包括釋放SPI_Open()分配的內(nèi)存,將驅(qū)動程序被打開的計(jì)數(shù)減少等。
2.4 SPI_IOControl()
幾乎一個驅(qū)動程序的所有功能都可以在這個函數(shù)中實(shí)現(xiàn)。對于一類CE自身已經(jīng)支持的設(shè)備,它們已經(jīng)被定義了一套I/O操作,只需按照各類設(shè)備已經(jīng)定義的內(nèi)容去實(shí)現(xiàn)所有的I/O操作。當(dāng)要實(shí)現(xiàn)一個自定義的設(shè)備時,就可以隨心所欲定義自已的I/O操作。下面是一個讀取寄存器值的操作函數(shù)。
驅(qū)動程序SPI_IOControl()里調(diào)用了讀寄存器函數(shù)讀取CC1101的FSCTRL1寄存器的值,所以只要應(yīng)用程序里調(diào)用DevicelOControl(),就可以讓串口輸出讀取FSCTRL1的值。應(yīng)用程序里具體調(diào)用如下3個函數(shù):
讀出的數(shù)據(jù)就保存在cBuffer_in[]數(shù)組中了,用串口就可以將其中內(nèi)容正確輸出。
2.5 設(shè)備驅(qū)動程序的內(nèi)核加戴和注冊表設(shè)置
流驅(qū)動是由設(shè)備管理器來管理的。當(dāng)系統(tǒng)啟動時,設(shè)備管理器被加載到內(nèi)核中,由它全程監(jiān)控驅(qū)動程序的執(zhí)行過程。設(shè)備管理器通過調(diào)用ActivateDeviceEx()函數(shù)來加載指定的驅(qū)動,而該函數(shù)的第一個參數(shù)是一個注冊表路徑,這就要求驅(qū)動程序被加載的一個必要條件是把自己的信息記錄在注冊表中。因此需在Platform.reg中添加如下內(nèi)容:
另外,還要修改SPI_Driver.def文件,在里面列出所有SPI驅(qū)動接口函數(shù),并在platform.bib中填加一行內(nèi)容:
修改platform/BSP/drvers目錄下的dirs文件,加上一行SPI_Driver。
以上步驟完成了WinCE 5.0下設(shè)備驅(qū)動程序的設(shè)計(jì),通過Platform Builder環(huán)境進(jìn)行編譯,生成特定的dll文件,然后將其重新打包,并編譯進(jìn)WinCE內(nèi)核中重新生成NK.bin,這樣就可以在應(yīng)用程序中通過標(biāo)準(zhǔn)的文件I/O函數(shù)來調(diào)用這個驅(qū)動函數(shù),從而完成應(yīng)用層與物理設(shè)備的通信。
2.6 測試驅(qū)動程序
在此使用eMbedded Visual C++4.0編寫測試應(yīng)用程序,用WinCE驅(qū)動調(diào)試助手加串口輸出信息進(jìn)行調(diào)試。推薦使用博客園的WinCE驅(qū)動調(diào)試助手,這個工具允許在系統(tǒng)里動態(tài)地加載和卸載驅(qū)動程序,避免每次都要打包生成NK,再下載到板子上。以下是采用串口輸出變量的方法:
以下為測試第2.4節(jié)讀寄存器得到的結(jié)果:
因?yàn)镮nitCC1101()里給FSCTRL1配置的值是0x0A,由此可以看出已經(jīng)正確讀出寄存器值。同時也驗(yàn)證了其他寄存器所得到的數(shù)據(jù)完全正確。這足以說明SPI驅(qū)動程序的通信是成功的。
3. 結(jié)語
本文完成了WinCE 5.0下對SPI驅(qū)動程序的開發(fā),提出了CC1101與S3C2410之伺的SPI通信方案。經(jīng)過測試,該方案已在實(shí)際系統(tǒng)中得到了實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)充分利用SPI總線接口功能完善、時序簡單等特點(diǎn),提高了系統(tǒng)的可靠性。同時,CC1101與S3C2410處理器結(jié)合可廣泛應(yīng)用于嵌入式遠(yuǎn)程控制和數(shù)據(jù)無線傳輸。