基于Ｗｉｎ　ＣＥ的ＥＰ９３１５＿ＳＰＩ驅(qū)動程序設(shè)計

張　東　許弟建

摘 要:編寫聯(lián)系操作系統(tǒng)和相應(yīng)硬件設(shè)備的驅(qū)動程序至關(guān)重要。在Platform Builder 4.2開發(fā)環(huán)境下,基于流接口驅(qū)動程序模型,詳細(xì)闡述嵌入式操作系統(tǒng)Win CE下EP9315芯片的SPI接口的驅(qū)動程序設(shè)計方法,就設(shè)計步驟、虛擬地址映射實現(xiàn)和關(guān)鍵程序代碼編寫等進行具體分析,并論述驅(qū)動程序與EVC編程環(huán)境下SPI應(yīng)用程序之間的關(guān)系。驅(qū)動程序和相應(yīng)應(yīng)用程序能正確運行于優(yōu)龍的FS_EP9315開發(fā)平臺。實踐證明,該方法正確可行。

關(guān)鍵詞:嵌入式操作系統(tǒng);Win CE;SPI;驅(qū)動程序

中圖分類號:TP311文獻標(biāo)識碼:B

文章編號:1004-373X(2009)10-069-04

Design of EP9315-SPI Driver Based on Win CE

ZHANG Dong1,XU Dijian2

(1.Chongqing University of Arts and Sciences,Chongqing,402160,China;2.Chongqing University of Science and Technology,Chongqing,401331,China)

Abstract: It is very important to compile driver connecting operating system with corresponded hardware device.Based on stream interface driver model,the design of SPI driver in embedded operating system Win CE in development environment of platform builder 4.2 and design method are introduced and analysed,realizing virtual address map,key code and the relationship between driver and SPI application program in EVC program environment is discussed.Driver and corresponded application program can be operated on FS_EP9315 development platform of ucdragon rightly.Experience indicates the methord is right and feasible.

Keywords:embedded operating system;Win CE;SPI;driver program

0 引 言

嵌入式是“以應(yīng)用為中心,以計算機技術(shù)為基礎(chǔ),軟硬件可裁剪,適合應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的計算機系統(tǒng)”。Windows CE.NET是Microsoft推出的功能強大的緊湊、高效、可伸縮的32位嵌入式操作系統(tǒng),主要面對各種各樣嵌入式系統(tǒng)的產(chǎn)品[1,2]。

該系統(tǒng)具有多線程、多任務(wù)、完全搶占式的特點,是為各種具有嚴(yán)格資源限制的硬件系統(tǒng)所設(shè)計的。為了將操作系統(tǒng)和硬件設(shè)備連接起來,硬件和軟件的驅(qū)動聯(lián)系就顯得很重要。SPI是一種高速、全雙工、同步的通信總線,在芯片的管腳上只占用4根線,節(jié)約了芯片的管腳,同時為PCB的布局節(jié)省了空間,提供了方便,正是出于這種簡單易用的特性,現(xiàn)在越來越多的芯片都集成了這種通信協(xié)議。SPI的工作模式有兩種:主模式和從模式,SPI總線可以配置成單主單從、單主多從、互為主從。為了充分利用芯片的SPI接口進行相應(yīng)的驅(qū)動程序設(shè)計以及應(yīng)用程序設(shè)計,通用方法的研究就顯得十分重要。

1 Win CE提供的驅(qū)動模型

Win CE操作系統(tǒng)支持兩種類型的驅(qū)動程序,一種為本地驅(qū)動程序,是把設(shè)備驅(qū)動程序作為獨立的任務(wù)實現(xiàn)的,直接在頂層任務(wù)中實現(xiàn)硬件操作,因此有明確和專一的目的。本地驅(qū)動程序適合于那些集成到Win CE平臺的設(shè)備,諸如鍵盤、觸摸屏等設(shè)備。另一種是具有定制接口的流接口驅(qū)動程序,它是一般類型的設(shè)備驅(qū)動程序,為用戶一級的動態(tài)鏈接庫(DLL)文件,用來實現(xiàn)一組固定的函數(shù)稱為“流接口函數(shù)”,這些流接口函數(shù)使得應(yīng)用程序可以通過文件系統(tǒng)訪問這些驅(qū)動程序。這里論述的SPI驅(qū)動就屬于流接口驅(qū)動。

2 SPI驅(qū)動程序的設(shè)計

2.1 EP9315芯片及SPI接口簡介

EP9315是一款基于ARM920T,由Cirrus Logic公司生產(chǎn)的工業(yè)級芯片[3,4] ,內(nèi)帶MMU,16 KB的指令Cache,16 KB的數(shù)據(jù)Cache和數(shù)學(xué)協(xié)處理器,主頻為200 MHz,系統(tǒng)總線為100 MHz。該芯片擁有一組SPI接口,利用它可方便實現(xiàn)與外圍SPI器件進行通信,可大大簡化工程應(yīng)用的硬件設(shè)計軟件。

SPI驅(qū)動程序采用Win CE流驅(qū)動的標(biāo)準(zhǔn)形式。下面從驅(qū)動程序具體設(shè)計步驟以及驅(qū)動代碼的編寫兩個方面做較為詳細(xì)的闡述。

2.2 SPI驅(qū)動程序設(shè)計步驟

在Platform Builder 4.2下設(shè)計Win CE流接口驅(qū)動程序可按照以下步驟進行[5-7]:

(1) 在C:\Win CE420\PLATFORM\ep931x\drivers目錄下新建一個目錄SPI;

(2) 從其他驅(qū)動目錄下復(fù)制makefile文件到SPI目錄下;

(3) 用文本編輯器建立4個文本文件,文件名分別為SPI.c,SPI.h,SPI.def和sources;

(4) 編輯目錄C:\Win CE420\PLATFORM\ep931x\driver下的dirs文件。用文本編輯器打開該文件,找到“DIRS=”等式,在該等式最后添加一行, 如下面所示:

DIRS=…

SPI

(5) 在Platform Builder 4.2中打開Platform.bib文件,在該文件最后和FILES之前加入一行,指明在生成Windows CE內(nèi)核映射時自動將SPI.dll加入到內(nèi)核映像中,添加內(nèi)容如下:

SPI.dll MYM(_FLATRELEASEDIR) SPI.dll NK SH

(6)具體的流接口驅(qū)動程序跟注冊表密不可分,在Platform Builder 4.2中打開platform.reg文件,在該文件最后加入如下所示注冊表信息,以使在生成操作系統(tǒng)映像時,Platform Builder將注冊表信息加入到注冊表中。在Platform.reg中添加內(nèi)容如下:

[HKEY_LOCAL_MACHINE\Drivers\BuiltIn\SPI]

"Prefix"=" SPI "

"Dll"=" SPI.dll"

"FriendlyName"=" SPI Driver"

"Index"=dword:1

"Order"=dword:0

(7) 為了通知Windows CE驅(qū)動的函數(shù),需要在SPI.def文件中指出要導(dǎo)出的函數(shù),編寫內(nèi)容如下:

LIBRARYSPI

EXPORTS

SPI_Init

SPI _Deinit

SPI _Open

SPI _Close

SPI _Read

SPI _Write

…

其中LIBRARY表示該驅(qū)動的動態(tài)庫和靜態(tài)庫名稱,EXPORTS段后面列出要從驅(qū)動的動態(tài)鏈接庫文件中導(dǎo)出的函數(shù)名稱。

(8) 編輯sources文件的內(nèi)容,告訴編輯器和連接器如何編譯及連接本驅(qū)動程序。

TARGETNAME=SPI

RELEASETYPE=PLATFORM

TARGETTYPE=DYNLINK

TARGETLIBS= MYM(_COMMONSDKROOT) \lib\MYM(_CPUINDPATH)\coredll.lib

DEFFILE=MYM(TARGETNAME).def

PREPROCESSDEFFILE=1

DLLENTRY=DllEntry

SOURCES=SPI.c

FILE_VIEW_INCLUDES_FOLDER=SPI.h

(9) 改寫并導(dǎo)入新的ep931x.cec文件

在C:\Win CE420\PLATFORM\ep931x\bspfiles文件夾下,打開并改寫ep931x.cec文件。

在Platform builder 4.2環(huán)境下,刪除原來的cec文件,并導(dǎo)入添加SPI部分后的ep931x.cec文件。在catalog窗口中選擇SPI驅(qū)動加入到要編譯的映像中。

至此,SPI驅(qū)動程序的框架已經(jīng)搭建完畢,剩下的工作就按照流接口驅(qū)動要求編寫驅(qū)動程序代碼。

2.3 驅(qū)動代碼編寫

每個流接口驅(qū)動程序必須實現(xiàn)1組標(biāo)準(zhǔn)函數(shù),用來完成標(biāo)準(zhǔn)的文件I/O函數(shù)和電源管理函數(shù),這些函數(shù)提供給Win CE操作系統(tǒng)的內(nèi)核使用。

SPI流接口驅(qū)動程序重點要實現(xiàn)的dll接口函數(shù)如下:

SPI_Init:驅(qū)動程序加載函數(shù);

SPI_Deinit:驅(qū)動程序卸載函數(shù);

SPI_Open:驅(qū)動程序打開函數(shù);

SPI_Close:驅(qū)動程序關(guān)閉函數(shù);

SPI_Write:寫函數(shù);

SPI_Read:寫函數(shù)。

下面重點對SPI _Init,SPI _Write兩個函數(shù)做闡述,其他函數(shù)代碼可參照相關(guān)資料編寫。

(1) SPI_Init函數(shù)設(shè)計。

在Win CE中,程序訪問的地址都是虛擬地址,因此要訪問硬件物理地址,必須將物理地址空間映射到虛擬空間。

在SPI_Init函數(shù)中,首先通過函數(shù)VirtualAlloc()和VirtualCopy(),把EP9315芯片中針對SPI的物理地址和操作系統(tǒng)的虛擬空間聯(lián)系起來。在其他流接口函數(shù)中,即可對申請到的虛擬地址進行操作,按照Win CE中的流驅(qū)動模型進行驅(qū)動的編寫,對虛擬地址空間的操作就相當(dāng)于對芯片的物理地址進行操作[1]。SPI_Init的函數(shù)中,有關(guān)地址映射如下實現(xiàn):

① 在SPI.h頭文件中定義數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

EP9315芯片SPI寄存器物理地址分配如表1所示[5],包括控制寄存器、數(shù)據(jù)寄存器、狀態(tài)寄存器、頻率設(shè)置寄存器、與中斷有關(guān)的寄存器。

因而定義的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為:

#define IOP_BASE0x808A0000

typedef struct {

// SPI PORT

unsigned int rSPICR0;

unsigned int rSPICR1;

unsigned int rSPIDR;

unsigned int rSPISR;

unsigned int rSPICPSR;

unsigned int rSPIIIR;

unsigned int rSPIICR;

}IOPreg;

② 在SPI_Init()中地址映射實現(xiàn)。

地址映射通過VirtualCopy()和VirtualCopy()兩個函數(shù)實現(xiàn)。VirtualCopy()函數(shù)是Win CE中分配連續(xù)虛擬地址的API,利用該函數(shù)為SPI接口各個寄存器物理地址申請?zhí)摂M地址。VirtualCopy()函數(shù)負(fù)責(zé)把SPI接口各個寄存器物理地址映射到申請到的虛擬地址。

為方便驅(qū)動程序調(diào)試,可利用ERRORMSG()函數(shù)在程序適當(dāng)位置加上一些調(diào)試信息,這些調(diào)試信息在驅(qū)動程序運行時可通過超級終端口輸出,方便驅(qū)動程序調(diào)試。

結(jié)合EP9315的SPI接口,需要設(shè)置控制寄存器和波特率寄存器。

為實現(xiàn)對標(biāo)準(zhǔn)SPI接口的LED屏幕進行顯示控制,需要配置EP9315的SPII總線為單主單從模式,可通過設(shè)置SPI接口控制寄存器實現(xiàn)。為調(diào)整LED的刷新頻率,可通過設(shè)置SPI接口頻率設(shè)置寄存器實現(xiàn)。

SPI_Init()中包含有如下重要代碼:

// VirtualAlloc()申請?zhí)摂M地址

v_pIOPregs = (volatile IOPreg *)VirtualAlloc(0,sizeof(IOPreg), MEM_RESERVE,PAGE_NOACCESS);

if (v_pIOPregs == NULL)

RetValue = FALSE;

else

{

// VirtualCopy()實現(xiàn)虛擬地址的映射

if (!VirtualCopy((PVOID)v_pIOPregs,

(PVOID)(IOP_BASE >> 8),sizeof(IOPreg),PAGE_PHYSICAL | PAGE_READWRITE | PAGE_NOCACHE))

RetValue = FALSE;

Else

// ERRORMSG()輸出調(diào)試信息

ERRORMSG(1,(TEXT("For IOPregs :VirtualCopy success!\r\n")));

//設(shè)置控制寄存器和波特率寄存器

v_pIOPregs->rSPICPSR = 0x18;

v_pIOPregs->rSPICR0 = 0x18;

(2) SPI_Write寫函數(shù)設(shè)計。

文中涉及的工程需要通過EP9315的SPI接口,實現(xiàn)對一個帶有標(biāo)準(zhǔn)SPI接口的LED屏進行寫入數(shù)據(jù)操作,實現(xiàn)對LED屏的顯示控制。

下列寫函數(shù)程序代碼中,通過MapPtrToProcess()獲取應(yīng)用程序編輯框中輸入的數(shù)據(jù):

v_pIOPregs->rSPIDR = *pWriteBuffer;

向SPI接口發(fā)送一個8位數(shù)據(jù)。通過一個for循環(huán)實現(xiàn)一個1 024(128×8) b的數(shù)據(jù)的發(fā)送,以滿足所涉及的LED屏數(shù)據(jù)位的要求。

具體程序代碼如下:

DWORD SPI_Write

(DWORD hOpenContext,LPVOID pBuffer,DWORD Count)

{uchar i;

uchar * pWriteBuffer;

…

pWriteBuffer=MapPtrToProcess(pBuffer,GetCallerProcess());

// Write 1024(=128x8) bits

for(i=0;i<128;i++)

{

while( (v_pIOPregs->rSPISR & 0x01) != 1 );

v_pIOPregs->rSPIDR = *pWriteBuffer;

}

// Wait to complete write data

while( (v_pIOPregs->rSPISR & 0x01) != 1 );

return 1;

}

上述寫函數(shù)設(shè)計實現(xiàn)了對SPI接口的寫操作,應(yīng)用程序通過調(diào)用該函數(shù),即可實現(xiàn)對帶有標(biāo)準(zhǔn)SPI接口的LED屏進行顯示控制。對寫函數(shù)進行相關(guān)改動,即可設(shè)計出SPI_Read函數(shù),實現(xiàn)對SPI接口器件數(shù)據(jù)讀取操作,限于篇幅,在此不再贅述。

3 SPI應(yīng)用程序設(shè)計

設(shè)計的SPI驅(qū)動程序是否正確,可在EVC 4.0環(huán)境下編寫相關(guān)應(yīng)用程序驗證。

編寫SPI接口的應(yīng)用程序[5,8],可實現(xiàn)加載驅(qū)動、卸載驅(qū)動、打開驅(qū)動、關(guān)閉驅(qū)動、接口功能設(shè)置、接口讀寫等操作。在此僅編寫了一個讀寫SPI接口的應(yīng)用程序,以對前面設(shè)計的SPI_Init,SPI_Deinit,SPI_Open,SPI_Close,SPI_Write等流接口函數(shù)進行驗證。EVC 4.0編程環(huán)境下設(shè)計界面如圖1所示。

通過RegCreateKeyEx(),WRITE_REG_SZ(),WRITE_REG_DWORD()等函數(shù)創(chuàng)建注冊表,實現(xiàn)加載驅(qū)動;通過CreateFile()調(diào)用SPI_Open(),打開驅(qū)動程序;通過WriteFile()調(diào)用SPI_Write()實現(xiàn),對SPI接口的寫入操作。通過ReadFile()調(diào)用SPI_Read(),實現(xiàn)對SPI接口的讀取操作。

由于篇幅關(guān)系,現(xiàn)僅列 “數(shù)據(jù)寫入SPI”部分的關(guān)鍵代碼。其他代碼可參照相關(guān)資料編寫。

void CGpioDlg::OnWrite()

{

DWORD actlen;

if(hFile==INVALID_HANDLE_VALUE)

{return; }

UpdateData(TRUE);

BOOL ret=WriteFile(hFile,&m;_WriteByte,1,&actlen;,NULL);

}

4 實驗結(jié)果

在Platform Builder 4.2環(huán)境下編譯并下載內(nèi)核到優(yōu)龍公司的FS_EP9315開發(fā)平臺,Win CE運行正常。在Win CE操作系統(tǒng)下運行SPI應(yīng)用程序,在運行界面的“寫入SPI數(shù)據(jù)”下面的編輯窗口輸入待寫入數(shù)據(jù)0x55,按“數(shù)據(jù)寫入SPI”按鈕,能實現(xiàn)對SPI接口的寫入操作。通過示波器觀察EP9315的SPI接口的輸出引腳、SSPTX1引腳,波形如圖2所示。由分析圖中的波形可知,高低電平間隔出現(xiàn),證明發(fā)送數(shù)據(jù)正確。

整個實驗表明,上述設(shè)計方法正確可行,驅(qū)動程序和應(yīng)用程序運行正常。

5 結(jié) 語

這里主要論述了在嵌入式操作系統(tǒng)Win CE下SPI驅(qū)動程序的開發(fā)步驟及關(guān)鍵代碼的編寫,并對SPI應(yīng)用程序設(shè)計以及驅(qū)動程序和應(yīng)用程序二者之間的聯(lián)系進行對比分析。文中對其他流接口驅(qū)動程序的設(shè)計和應(yīng)用程序的設(shè)計具有一定的指導(dǎo)意義。

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