Windows CE電池驅(qū)動 采樣算法的改進(jìn)設(shè)計

引 言
隨著電子和信息技術(shù)的發(fā)展，手機、PDA移動終端設(shè)備得到了廣泛使用，且移動終端設(shè)備的處理器性能越來越高，無線應(yīng)用程序不斷增加，圖形功能越來越先進(jìn)。這些功能上的增加導(dǎo)致了移動終端產(chǎn)品的功耗越來越大，電池的性能已經(jīng)成為衡量其質(zhì)量的重要標(biāo)準(zhǔn)之一；然而電池的性能不僅僅取決于其硬件的特性，其驅(qū)動程序的優(yōu)劣也直接影響它的續(xù)航能力和穩(wěn)定性。

1 開發(fā)平臺介紹
Windows CE是微軟公司為嵌入式設(shè)備打造的操作系統(tǒng)，而嵌入式設(shè)備多種多樣，這就要求操作系統(tǒng)必須是可定制的，所以微軟公司將Windows CE設(shè)計為模塊化的操作系統(tǒng)。Windows CE是緊湊、高效、可伸縮的32位嵌入式操作系統(tǒng)。該系統(tǒng)所具有的多線程、多任務(wù)、完全搶占式的特點，是專為各種具有嚴(yán)格資源限制的硬件系統(tǒng)所設(shè)計的口。
S3C2443是為應(yīng)用于小型掌上設(shè)備和高性價比、低功耗、高性能的嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用而提供的16／32位精簡指令集微控制器。S3C2440使用了ARM920T內(nèi)核，采用了O．13μm技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，功耗低，非常適合需要控制成本和功耗應(yīng)用的場合；S3C2443提供了具有10個通道、10位ADC和觸摸屏的接口。

2 電池驅(qū)動軟硬件架構(gòu)設(shè)計
2．1 硬件架構(gòu)設(shè)計
電池硬件架構(gòu)設(shè)計的好壞，直接影響到電池的使用壽命、續(xù)航能力等方面的性能。根據(jù)實際項目的需要，硬件上應(yīng)該實現(xiàn)以下的功能：CPU檢測電池是否插入，CPU檢測AC是否插入，CPU完成電池和AC之間的切換，CPU通過CPLD來控制電源指示燈的狀態(tài)。電池驅(qū)動硬件架構(gòu)如圖1所示。

①CPU通過判斷電池端GPIO的狀態(tài)來檢測電池是否存在。如果檢測到電池插入或者拔出，則通過CPLD來控制LED，以標(biāo)示電池是否正在供電。
②CPU通過判斷AC端GPIO的狀態(tài)來檢測AC是否存在。如果檢測到AC插入，則通過CPLD來完成電池和AC之間的切換，由AC進(jìn)行供電，然后控制LED的狀態(tài)以標(biāo)示AC是否正在供電。
③當(dāng)電池電量充滿之后，CPU檢測電池端電壓的變化來判斷是否充滿，并通過CPLD控制LED的狀態(tài)以標(biāo)示電池電量是否已經(jīng)飽和。
④CPU檢測到AC拔掉時，通過CPLD來完成電池和AC之間的切換，由電池進(jìn)行供電，然后控制LED的狀態(tài)以標(biāo)示由電池正在供電。
2．2 電池驅(qū)動的軟件架構(gòu)設(shè)計
Windows CE中包含的樣本設(shè)備驅(qū)動程序分為兩種類型：單片驅(qū)動程序(monolithic device driver)和分層驅(qū)動程序(Iayered device driver)。電池驅(qū)動采用分層驅(qū)動開發(fā)模式，如圖2所示。分層驅(qū)動程序由兩個獨立的層組成：上層是模型設(shè)備驅(qū)動程序(MDD)，下層是依賴平臺的驅(qū)動程序(PDD)。微軟提供了所有與MDD模塊相關(guān)的源代碼，而且不建議OEM廠商進(jìn)行修改。OEM只需要實現(xiàn)底層(PDD)的驅(qū)動程序，然后將自己的PDD模塊與MDD模塊鏈結(jié)成一個公用庫。MDD通過IOCTLS調(diào)用PDD中的特定函數(shù)來實現(xiàn)硬件的具體功能。在系統(tǒng)上電自檢成功后，上層調(diào)用電池驅(qū)動入口函數(shù)，進(jìn)行電池驅(qū)動初始化工作：
①系統(tǒng)初始化，檢索注冊表并加載電池驅(qū)動的相關(guān)信息。
②調(diào)用PDD層的初始化函數(shù)BatteryPDDInitialize，初始化CPU的GPIO、相關(guān)寄存器和電池狀態(tài)全局變量。
③創(chuàng)建并判斷中斷事件是否創(chuàng)建成功。
④如果中斷事件成功，則創(chuàng)建電池線程，讀取ADC寄存器值。在線程的主調(diào)函數(shù)中，設(shè)置電池線程的優(yōu)先級，然后在循環(huán)中等待中斷事件。
⑤讀取ADC值并進(jìn)行修正算法。
⑥調(diào)用PDD層的電池狀態(tài)函數(shù)BatteryPDDGetSta―tus，通過判斷電池和AC等硬件，GPIO來判斷當(dāng)前硬件的狀態(tài)。如果電池存在，則調(diào)用上述線程來讀取電池ADC值，判斷當(dāng)前電池的電量狀態(tài)。

2．3 電池電壓采樣算法與誤差修正算法設(shè)計
CPU通過檢測電池端的電壓得到當(dāng)前的電池電量。電池的電壓和電量之間有一定的對應(yīng)關(guān)系，通過這種對應(yīng)關(guān)系可以判斷當(dāng)前電池的電量。通過實際測量發(fā)現(xiàn)，其對應(yīng)關(guān)系如圖3所示?？梢?，電池的電池電壓和電量之間的對應(yīng)關(guān)系并非是線性的。

為了更精確地判斷出當(dāng)前電池的電量，對圖3所示的電池電壓和電量關(guān)系圖進(jìn)行了分段修正處理，可以劃分為①、②、③三個區(qū)間。每個區(qū)間的斜率不同，近似斜率分別為：

當(dāng)前電壓Vy處于①、②、③區(qū)間時，其對應(yīng)的電量分別為：

3 基于WindOWS CE的電池驅(qū)動實現(xiàn)
3．1 注冊表的設(shè)置
當(dāng)系統(tǒng)啟動的時候，device．exe會根據(jù)注冊表的設(shè)置查找電池驅(qū)動的動態(tài)鏈接庫文件，如下面的示例，將會加載動態(tài)鏈接庫文件battdrvr．dll。注冊表設(shè)置會標(biāo)識編譯后生成的電池驅(qū)動動態(tài)鏈接庫的文件名、啟動時的加載順序、注冊表中的前綴名、電源管理的IClaSS。這些選項都是必需的，可以把這些信息加入到Platform．reg文件中，以實現(xiàn)對電池驅(qū)動的加載和管理。
3．2 基于S3C2443 CPU的電量采樣算法實現(xiàn)
圖4顯示了S3C2443 CPU中A／D轉(zhuǎn)換的框圖。S3C2443提供了10個可以進(jìn)行模擬電壓檢測的通道，分別是XP、XM、YP、YM、A[5：0]。XP、XM、YP、YM四個通道通常是給觸摸屏進(jìn)行坐標(biāo)采樣使用，在電池驅(qū)動中，根據(jù)硬件的設(shè)計要求選擇A[5：0]六個通道中的其中一個進(jìn)行電池電壓的采樣。S3C2443提供了4種A／D轉(zhuǎn)換模式：正常轉(zhuǎn)換模式、X／Y交替轉(zhuǎn)換模式、X／Y自動轉(zhuǎn)換模式、等待中斷模式。在電池驅(qū)動的設(shè)計中，只需要選擇正常轉(zhuǎn)換模式即可，其余3種A／D轉(zhuǎn)換模式是提供給觸摸屏使用。

根據(jù)三星公司S3C2443 CPU的特性，下面給出一種實現(xiàn)電池電壓采樣的實例：

3．3 電池電壓采樣算法與誤差修正算法實現(xiàn)
根據(jù)上述電池電壓、電量之間誤差修正算法的設(shè)計思路，進(jìn)行了如下的算法實現(xiàn)：首先定義一個結(jié)構(gòu)體，包含ADC值和其對應(yīng)的百分比值變量，這樣做的好處是為了方便把采樣到的ADC值，根據(jù)三段折線段的斜率運算，轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的剩余電量百分比。

然后，定義三折線段的基準(zhǔn)參考ADC值和對應(yīng)的百分比值。這些可以根據(jù)實際的電池放電試驗和經(jīng)驗得到，因此需要根據(jù)具體的項目要求進(jìn)行修改。

最后，用電池電壓、電量之間誤差修正算法的設(shè)計來實現(xiàn)該算法。

3．4 Windows CE PDD層電池狀態(tài)函數(shù)實現(xiàn)實例
下面主要是對于Windows CE PDD層電池狀態(tài)函數(shù)進(jìn)行了實現(xiàn)，但是具體的實現(xiàn)細(xì)節(jié)需要根據(jù)項目的要求進(jìn)行修改和完善。

4 總結(jié)與展望
筆者設(shè)計的電池驅(qū)動的軟硬件架構(gòu)是獨立于具體的開發(fā)平臺的，可以方便地移植到各種平臺上。結(jié)合Windows CE和三星公司S3C2443 CPU的特性，本文給出了該架構(gòu)的一種電池驅(qū)動程序的實現(xiàn)方案。其創(chuàng)新點是提出了利用分段采樣的方法來修正電池電壓和電量非線性誤差，提出并分析了平臺獨立的電池驅(qū)動的軟硬件架構(gòu)。本設(shè)計方案已經(jīng)在基于Windows CE操作系統(tǒng)平臺上得以實現(xiàn)，且在實際項目開發(fā)中得到廣泛采用，獲得了良好的效果。