基于PocketPC的CF卡驅(qū)動程序設(shè)計

摘要:本文結(jié)合CF(CompactFlash)卡驅(qū)動的設(shè)計，重點闡述了PocketPC驅(qū)動程序的設(shè)計方法、CF卡設(shè)備的驅(qū)動結(jié)構(gòu)和設(shè)計原理，介紹了使用實現(xiàn)CF+協(xié)議的接口芯片TL16PC564的系統(tǒng)設(shè)計,探討了CF卡的即插即用問題，并且給出了一個CF卡PocketPC驅(qū)動及應(yīng)用程序和驅(qū)動交互的實例。

關(guān)鍵詞：PocketPC流接口驅(qū)動CF卡；即插即用

1.概述

在信息和咨訊快速更新的今天，掌上電腦以其方便和易攜帶性開始得到廣泛應(yīng)用，如在服務(wù)行業(yè)、導(dǎo)航系統(tǒng)、金融、證券、保險等領(lǐng)域。在掌上電腦高端市場中，由微軟開發(fā)的嵌入式操作系統(tǒng)WinCE發(fā)展迅速，占有較高的比例。PocketPC2002采用定制化的WindowsCE3.0操作系統(tǒng)，由Microsoft開發(fā)專用于個人數(shù)字手持設(shè)備。

為方便擴(kuò)展，基于PocketPC的掌上電腦向用戶提供了CF卡通用擴(kuò)展槽，利用該接口，可設(shè)計不同的CF卡實現(xiàn)不同的應(yīng)用，如CFMODEM卡、CF網(wǎng)卡、CF數(shù)據(jù)采集接口卡等。在CF卡的設(shè)計中，基于PocketPC的驅(qū)動程序設(shè)計非常關(guān)鍵，直接影響著CF卡的性能。本文結(jié)合CF卡驅(qū)動的設(shè)計，介紹了PocketPC驅(qū)動程序的設(shè)計方法、CF卡設(shè)備的驅(qū)動結(jié)構(gòu)和設(shè)計原理，探討了CF卡的即插即用問題，并且給出了一個CF卡PocketPC驅(qū)動的設(shè)計及應(yīng)用程序和驅(qū)動交互的實例。

2.基于PocketPC的CF卡驅(qū)動設(shè)計

2.1.PocketPC驅(qū)動簡介

WindowsCE3.0是微軟公司針對嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的實時操作系統(tǒng)，具有可以獨立開發(fā)的內(nèi)核和設(shè)備驅(qū)動程序模型，PocketPC是針對掌上電腦的定制化的WindowsCE操作系統(tǒng)，其驅(qū)動模型與WindowsCE一致。

PocketPC驅(qū)動程序模型以靜態(tài)連接庫(.lib文件)或動態(tài)連接庫(.dll文件)形式實現(xiàn)。支持四種驅(qū)動程序類型：Nativedriver(本機(jī)驅(qū)動)、StreamInterfacedriver(流接口驅(qū)動)、USBdriver和NDISdriver(網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動)。本機(jī)驅(qū)動是指本地設(shè)備的驅(qū)動程序。如點觸式面板，顯示器，鍵盤，發(fā)光二極管，電池等的驅(qū)動。USB和NDIS驅(qū)動模型分別是針對USB設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議驅(qū)動實現(xiàn)。流接口驅(qū)動程序是為連接基于WindowsCE的平臺的外圍設(shè)備而設(shè)計的，包括串口、PC卡，CF卡等[1]。

2.2.CF卡驅(qū)動架構(gòu)和原理

設(shè)計CF卡驅(qū)動程序的主要任務(wù)是實現(xiàn)PocketPC應(yīng)用程序?qū)F卡系統(tǒng)硬件的訪問，實現(xiàn)CF卡設(shè)備的管理和即插即用。應(yīng)用程序?qū)F卡硬件的訪問需要考慮驅(qū)動程序的體系結(jié)構(gòu)、應(yīng)用程序與驅(qū)動程序的交互、驅(qū)動層的中斷處理等問題。CF卡即插即用問題涉及設(shè)備管理程序、設(shè)備文件名等等。

2.2.1.流接口驅(qū)動程序的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

PocketPC中CF卡驅(qū)動程序的設(shè)計對應(yīng)模式是流接口驅(qū)動。流接口驅(qū)動程序是一個管理外圍設(shè)備的DLL，它把設(shè)備表示為文件系統(tǒng)的一個特殊文件，主要任務(wù)是把外設(shè)的使用傳遞給應(yīng)用程序。PocketPC的設(shè)備文件存在固定的路徑Windows下，以一個特殊的命名慣例來區(qū)分設(shè)備文件和其他文件。

流接口驅(qū)動程序接收設(shè)備管理器和應(yīng)用程序通過系統(tǒng)調(diào)用的命令，并且封裝所有命令，轉(zhuǎn)換成控制設(shè)備適當(dāng)?shù)膭幼餍畔ⅰD一表示CF卡的流接口驅(qū)動程序和其他系統(tǒng)部件間的相互關(guān)系：

流接口驅(qū)動程序通過內(nèi)部硬件訪問外圍設(shè)備。對CF卡而言，內(nèi)部設(shè)備是CF卡插槽，由內(nèi)置CF卡插槽驅(qū)動程序驅(qū)動，而CF卡插槽驅(qū)動程序提供編寫CF卡流接口驅(qū)動程序的插槽接口函數(shù)。即CF卡的設(shè)備驅(qū)動程序使用CF卡服務(wù)庫(由CF卡插槽接口函數(shù)組成)，CF卡服務(wù)庫控制CF卡插槽硬件。

2.2.2.實現(xiàn)即插即用

在PocketPC中，中斷、I/O端口等系統(tǒng)資源被操作系統(tǒng)接管，并由其根據(jù)情況進(jìn)行智能的分配，當(dāng)設(shè)備連接到掌上電腦時，操作系統(tǒng)能自動識別并啟動相應(yīng)的驅(qū)動，這就是即插即用。為實現(xiàn)PocketPC的CF卡即插即用，必須理解兩個概念：設(shè)備管理程序(DeviceManager，DM)和設(shè)備文件名。

2.2.3.編寫CF卡接口驅(qū)動程序DLL

設(shè)備管理程序?qū)儆谟脩魧映绦?，與內(nèi)核，注冊表和流接口驅(qū)動程序DLL相互作用并實現(xiàn)特定功能(見圖一)，從而實現(xiàn)設(shè)備的即插即用。

DM執(zhí)行下列任務(wù)[1]：

a．初始化驅(qū)動程序的加載。

在系統(tǒng)啟動或收到用戶在基于PocketPC平臺上增加外圍設(shè)備的信息時，開始加載相應(yīng)驅(qū)動；

b．向內(nèi)核注冊設(shè)備文件名。

該文件名把應(yīng)用程序使用的流I/O函數(shù)映射到流接口驅(qū)動程序的對應(yīng)函數(shù)；

c．啟動相應(yīng)的驅(qū)動程序

通過從外圍設(shè)備獲得即插即用標(biāo)識符或激活一個檢查模塊為外圍設(shè)備尋找合適的設(shè)備驅(qū)動程序；

d．自動卸載設(shè)備驅(qū)動程序

通過讀寫注冊表值加載和跟蹤驅(qū)動程序，當(dāng)不再需要設(shè)備時卸載其驅(qū)動程序。

B)設(shè)備文件名

應(yīng)用程序通過文件系統(tǒng)里的特殊入口訪問外圍設(shè)備。

PocketPC的文件系統(tǒng)可以識別特殊文件名并重定向文件IO操作到適當(dāng)?shù)牧鹘涌隍?qū)動程序。

設(shè)備文件名前綴由三個大寫字母組成，用來識別與特殊流接口驅(qū)動程序相對應(yīng)的特殊設(shè)備文件名。文件名前綴存儲在注冊表的相應(yīng)驅(qū)動程序的鍵值中。在用戶生成流接口驅(qū)動程序時，必須指定這三個前綴字母。

C)即插即用

驅(qū)動加載過程就是對中斷、I/O端口等系統(tǒng)資源進(jìn)行系統(tǒng)分配的過程。此過程與DM和設(shè)備文件名緊密相關(guān)。

a．加載流接口驅(qū)動

CF卡加載流接口驅(qū)動有兩種方法：

第一種加載的類型是在DM自動檢測到CF卡與PocketPC平臺的連接時進(jìn)行的。

第二種加載的形式是在DM不能自動檢測到CF卡與平臺的連接時，使用該CF的應(yīng)用程序必須列出該外圍設(shè)備的驅(qū)動程序，即主動調(diào)用RegisterDevice()或者ActivateDevice()函數(shù)實現(xiàn)驅(qū)動的加載。

即插即用時驅(qū)動的加載是采用第一種類型。實現(xiàn)CF卡即插即用，首先下位機(jī)需要修改相應(yīng)的CIS(CardInformationStructure)，在驅(qū)動中添加檢測模塊，并且在注冊表添加設(shè)備注冊信息。

當(dāng)系統(tǒng)開啟或者CF卡插入槽后，DM會調(diào)用在注冊表中設(shè)置的檢測模塊檢測插卡類型，如果符合，則會加載相應(yīng)的驅(qū)動。檢測模塊寫成DLL的形式，調(diào)用CF卡插槽接口函數(shù)檢測CIS中的數(shù)據(jù)，判斷是否對應(yīng)設(shè)備。如果對應(yīng)，則告訴DM需要加載注冊表中指定的相應(yīng)設(shè)備的驅(qū)動程序。

b．卸載流接口驅(qū)動

流接口驅(qū)動根據(jù)加載驅(qū)動的方式用兩種方式分別卸載。

對DM自動加載的設(shè)備，當(dāng)檢測到CF卡從插槽拔出時，DM從HKEY_LOCAL_MACHINEDriverActive鍵中刪除相應(yīng)驅(qū)動程序項，并調(diào)用DeregisterDevice函數(shù)從文件系統(tǒng)中刪除相應(yīng)外圍設(shè)備的文件名，同時通知FreeLibrary函數(shù)卸載DLL。

對應(yīng)用程序主動加載的驅(qū)動設(shè)備，應(yīng)用程序必須在DLL存在前通過調(diào)用函數(shù)DelregisterDevice來卸載DLL

2.2.3.編寫CF卡接口驅(qū)動程序DLL

CF卡驅(qū)動程序使用CF卡插槽接口函數(shù)實現(xiàn)驅(qū)動。對每個驅(qū)動程序而言，其所要求的標(biāo)準(zhǔn)的入口點用來實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)文件IO函數(shù)和電源管理函數(shù)，這些函數(shù)由WinCE操作系統(tǒng)的內(nèi)核使用。這些標(biāo)準(zhǔn)入口點為：XXX_Close，XXX_Denit，XXX_Init，XXX_IOControl，XXX_Open，XXX_PowerDown，XXX_PowerUp，XXX_Read，XXX_Write等[3]。

生成一個DLL之前，必須用設(shè)備文件名前綴替換入口點名字中的XXX，以對應(yīng)不同的設(shè)備驅(qū)動。

3.CF卡驅(qū)動程序設(shè)計實例

3.1.CF卡系統(tǒng)設(shè)計

要實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的CFCard，硬件上關(guān)鍵在于接口的實現(xiàn)。我們應(yīng)用的是TexasInstrument公司的TL16PC564接口芯片來簡化設(shè)計并使其符合CF+標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)計方案如圖二所示:

3.1.1.TL16PC564接口芯片介紹

TL16PC564接口芯片提供了在子系統(tǒng)串行數(shù)據(jù)和CF卡并行接口數(shù)據(jù)之間的串并轉(zhuǎn)換功能[2]。在下位機(jī)子系統(tǒng)中，MCU負(fù)責(zé)處理由上位機(jī)和外部系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流交互。此系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可以制作各種功能的CFIO卡：如MODEM卡，網(wǎng)卡等。

TL16PC564的接口芯片功能模塊如圖三所示。

芯片中的CFCard的屬性空間由256字節(jié)的CIS和8字節(jié)的CCR(卡配置寄存器)組成。該CIS和CCR利用主機(jī)CPU和子系統(tǒng)都可訪問的DPRAM實現(xiàn)。系統(tǒng)上電時，由子系統(tǒng)負(fù)責(zé)完成對CIS的初始化。

TL16PC564接口芯片的主要特性：

1)集成了符合CF+標(biāo)準(zhǔn)的TL16550的PCMCIA接口邏輯，該邏輯提供了外設(shè)與CPU之間的數(shù)據(jù)串并轉(zhuǎn)換功能。

2)256字節(jié)的CIS和8字節(jié)的CCR由DPRAM代替EEPROM,使修改和更新CIS和CCR更加容易。

3)提供了完全可編程的串行接口特性。

4)可選的串行旁路模式可以使子系統(tǒng)能直接并行訪問接收和發(fā)送FIFO,使系統(tǒng)設(shè)計更加靈活，提高了子系統(tǒng)和主系統(tǒng)CPU間數(shù)據(jù)傳送吞吐率。

3.1.2.TL16PC564接口芯片在多功能CF卡中的設(shè)計實現(xiàn)

對CF卡而言，實現(xiàn)CF卡功能的軟件設(shè)計包括兩個方面，一方面是CFcard側(cè)MCU對CIS的初始化及數(shù)據(jù)采集和計算，另一方面是主機(jī)側(cè)的驅(qū)動程序。在CFCard正常工作前，必須由卡上的MCU對設(shè)備進(jìn)行初始化，即將CIS信息寫入屬性空間，從而經(jīng)過主機(jī)識別，使主機(jī)明確CFCard的應(yīng)用類型。

在實際設(shè)計中，TL16PC564硬件設(shè)置為旁路模式，上下位機(jī)通過訪問FIFO，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的交互。對上位系統(tǒng)驅(qū)動而言，數(shù)據(jù)的發(fā)送等價于對TL16PC564的FIFO寫數(shù)據(jù)，當(dāng)數(shù)據(jù)的FIFO寫滿之后，配合16650的控制邏輯，下位系統(tǒng)獲得數(shù)據(jù)到的消息，從而將FIFO的數(shù)據(jù)讀出，完成系統(tǒng)數(shù)據(jù)通訊下行的流程。上行流程與下行流程類似。由于TL16PC564硬件設(shè)置為旁路模式，使下位機(jī)可以直接訪問FIFO,可以提高通訊速率。我們在實現(xiàn)上下位機(jī)通訊過程中，定制了高效的通訊規(guī)則，使上下位機(jī)數(shù)據(jù)交互速率最優(yōu)化，經(jīng)過測試，系統(tǒng)通訊速度達(dá)：56kbyte/s。下位系統(tǒng)的MCU可以直接訪問FIFO,可以選擇不同的集成多功能的MCU或者添加外圍模塊，實現(xiàn)多種通道的數(shù)據(jù)的采集和控制。系統(tǒng)設(shè)計時，可定制完善可靠的通訊規(guī)約，實現(xiàn)系統(tǒng)對各種數(shù)據(jù)通道的控制和訪問，達(dá)到多功能卡設(shè)計的目的。

3.2.CF卡驅(qū)動程序的實現(xiàn)

實現(xiàn)PocketPC2002的CF卡驅(qū)動，即采用EVC3.0+PocketPCSDK，在EVC里編譯代碼，生成DLL，然后導(dǎo)入到PocketPC的Windows目錄下，并添加注冊表信息，實現(xiàn)即插即用。以上是制作驅(qū)動的完整流程[3]。

3.2.1.實現(xiàn)流接口驅(qū)動的標(biāo)準(zhǔn)接口(設(shè)備文件名取CFC)

A)CFC_Init

DM調(diào)用RegisterDevice或ActivateDevice進(jìn)入此模塊。通過XXX_Init()的返回值判斷CF卡初始化是否執(zhí)行成功。此模塊完成以下功能:

a．初始化CF卡硬件。

b．分配資源。

c．注冊回調(diào)函數(shù)，當(dāng)設(shè)備狀態(tài)變化，則操作系統(tǒng)調(diào)用此回調(diào)函數(shù)CardRegisterClient。

d．分配IO資源，調(diào)用CF卡插槽驅(qū)動接口函數(shù)實現(xiàn)。

e．注冊中斷函數(shù)，調(diào)用CardRequestIRQ()函數(shù)。

f．配置CF卡寄存器。

B)CFC_Deinit

系統(tǒng)DM調(diào)用此模塊卸載CF卡。需要做的工作是釋放申請的資源等。

C)CFC_Open

應(yīng)用程序調(diào)用Createfile時進(jìn)入此模塊，主要是分配資源，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的初始化。

D)CFC_Close

應(yīng)用程調(diào)用API接口CloseHandle(hFile)進(jìn)入此模塊，關(guān)閉CF卡的驅(qū)動。

E)CFC_Read

應(yīng)用程調(diào)用API接口ReadFile進(jìn)入此模塊，讀取CF卡數(shù)據(jù)。

F)CFC_Write

應(yīng)用程調(diào)用API接口WriteFile進(jìn)入此模塊，向CF卡寫數(shù)據(jù)。

G）CFC_IOControl

應(yīng)用層調(diào)用DeviceIoControl()進(jìn)入此模塊。

3.2.2.驅(qū)動中斷處理

PocketPC處理中斷的方法是在處理XXX_Init調(diào)用的過程中讓流接口驅(qū)動程序生成一個新的線程，這個線程叫做中斷服務(wù)線程(IST)。在中斷發(fā)生時，OS就給IST發(fā)信號。CF卡驅(qū)動程序的IST從CardRequestIRQ函數(shù)接受信號。因為內(nèi)建CF卡插槽的驅(qū)動程序得到由CF卡插槽生成的原始中斷，所以PC卡驅(qū)動程序并不直接處理中斷。在中斷發(fā)生時，進(jìn)入CardReguestIRQ指定的PC卡插槽驅(qū)動程序調(diào)用的回調(diào)函數(shù)。

3.3.應(yīng)用程序與驅(qū)動交互

PocketPC對設(shè)備的操作是采用文件操作實現(xiàn)的。應(yīng)用層可以調(diào)用以下API接口函數(shù)對設(shè)備進(jìn)行操作:

Createfile()：創(chuàng)建設(shè)備文件

ReadFile()：讀取設(shè)備數(shù)據(jù)

WriteFile()：放送數(shù)據(jù)至設(shè)備

DeviceIOControl()：其他的相關(guān)操作

CloseHandle()：關(guān)閉設(shè)備文件

應(yīng)用程序經(jīng)由CreateFile()打開和存取CF卡驅(qū)動程序，產(chǎn)生一個對CF卡驅(qū)動程序中CFC_Open()的調(diào)用，驅(qū)動程序返回一個句柄，然后該句柄被常規(guī)的Win32文件功能所用，如WriteFile()和ReadFile()。調(diào)用WriteFile()和ReadFile()分別對應(yīng)驅(qū)動程序的CFC_Write()，和CFC_Read()模塊。最后，CloseHandle()調(diào)用驅(qū)動程序的CFC_Close()模塊釋放內(nèi)部資源。

3.4.驅(qū)動程序的安裝

驅(qū)動程序的安裝并不只是一個DLL，包括需要用到的數(shù)據(jù)文件、配置文件，和添加事先定義好的注冊表項[4]。以下是添加系統(tǒng)注冊表例子：

[HKEY_LOCAL_MACHINEDriversCFC]

Dll=CFCDriver.dll

Prefix=CFC

驅(qū)動安裝過程是將驅(qū)動程序“CFCDriver.dll”文件存到POCKETPC中windows目錄下，并且修改注冊表，制作安裝包可以采樣SDK中自帶的工具實現(xiàn)。

3結(jié)束語

本文給出了基于PocketPC的CF卡驅(qū)動程序的設(shè)計思路和程序架構(gòu)，其中具體實現(xiàn)代碼限于篇幅，不再文中贅述?；诓煌布O(shè)計，采樣相同的驅(qū)動框架和設(shè)計方法，可以制作不同的CFIO卡，實現(xiàn)多種功能。