利用MC68HC908開發(fā)Pocket PC掌上電腦外設(shè)
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關(guān)鍵詞：MC68HC908 Pocket PC Windows CE 外設(shè)
目前，Pocket PC掌上電腦正以其強(qiáng)大的多媒體性有和良好的可擴(kuò)展性，逐步改變?nèi)藗儗?duì)于傳統(tǒng)PDA的認(rèn)識(shí)。
Pocket PC的應(yīng)用領(lǐng)域迅速擴(kuò)展，已經(jīng)不再局限于日程、記事等簡(jiǎn)單功能。它能夠勝傷從多媒體娛樂、文書處理，到諸如“交警事故的現(xiàn)場(chǎng)處理”等的各種應(yīng)用。這些，為高效的移動(dòng)辦公、便攜式的娛樂等開創(chuàng)了新的局面，同時(shí)也是新的市場(chǎng)。因?yàn)?，每一個(gè)新的應(yīng)用領(lǐng)域的出現(xiàn)，都伴隨著相應(yīng)的外設(shè)和應(yīng)用程序的需求。
本文將以一個(gè)輸入設(shè)備的開發(fā)為例，探討如何利用Motorola MC68HC908單片機(jī)以及Microsoft Embedded Visual Tools編程工具，開發(fā)Pocket PC掌上電腦的外設(shè)及其驅(qū)動(dòng)程序。
1 Pocket PC的軟、硬件構(gòu)架
Pocket PC的生產(chǎn)廠商包括COMPAQ、HP、Toshiba、聯(lián)想、華碩等待，但其軟、硬件構(gòu)架是基本一致的。
1.1 Pocket PC的硬件構(gòu)架
Pocket PC的硬件是以Intel StrongARM SA-1110通用處理器為核心來構(gòu)建的。這是32位的RISC處理器，采用了ARM v4結(jié)構(gòu)及指令系統(tǒng)，具有高性能（在206MHz條件下為2.1MIPS）、低功耗（在206MHz條件下小于400mW）的優(yōu)點(diǎn)。在該芯片中，除了CPU核心外，還集成了豐富的I/O和系統(tǒng)控制模塊。使用SA-1110構(gòu)建的Pocket PC系統(tǒng)框圖如圖1所示。
由圖1可知：在Pocket PC的構(gòu)架中，如要擴(kuò)充外圍的輸入設(shè)備，可用的接口有IrDA、PCMCIA、UART串口，而USB為從接口，不適用。從使用的方便性來講，以IrDA最好；而從功能的強(qiáng)大性來講，以PCMCIA最強(qiáng)。但綜合考慮開發(fā)簡(jiǎn)便以及成本因素，則是普通串口最合適。
各廠商的Pocket PC產(chǎn)品均具備標(biāo)準(zhǔn)串口，但一般都是將串口與USB等其它接口集成起來，做在一個(gè)自定義的接插件標(biāo)準(zhǔn)中。
例如COMPAQ公司的iPAQ系列，就是采用自定義的14引腳插口，其引腳定義可以查閱網(wǎng)上資料iPAQ H3600 Hardware Design Specification。開發(fā)外設(shè)時(shí)，可以將其中與串口相應(yīng)引腳引出做成RS232插口，也可以直接使用符合該標(biāo)準(zhǔn)的14引腳插頭。
1.2 Pocket PC的軟件系統(tǒng)
通常所說的“Pocket PC”以及“Pocket PC 2002”平臺(tái)，就是Windows CE 3.0操作系統(tǒng)針對(duì)特定操作產(chǎn)品進(jìn)行裁剪和開發(fā)后的定制化版本。
Windows CE是一種全新構(gòu)建的嵌入式操作系統(tǒng)，但是它在界面外觀以及編程接口上，與Windows NT操作系統(tǒng)極其相似。
基于這種相似性，Microsoft Embedded Visual Tools提供了開發(fā)Windows CE平臺(tái)軟件的最佳方案。它包括類似Visual Studio 6.0的C++/Basic開發(fā)環(huán)境、ARM交叉編譯器和鏈接器、x86平臺(tái)上的Pocket PC仿真器等等。
2 外設(shè)的開發(fā)
下面以一個(gè)輸入設(shè)備的開發(fā)為例，介紹如何開發(fā)Pocket PC掌上電腦的外設(shè)及其驅(qū)動(dòng)程序。這是一個(gè)簡(jiǎn)單的按鍵式輸入設(shè)備，可以認(rèn)為是鍵盤或者游戲手柄。主要是為了解決Pocket PC的手寫輸入方式，在輸入大量方案和進(jìn)行游戲娛樂時(shí)不夠方便的問題。
該輸入設(shè)備硬件部分用MC68HC908GP32型單片機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，其固件程序負(fù)責(zé)完成掃描輸入、編碼、串行通信的功能。而Pocket PC上的接口驅(qū)動(dòng)程序用Embedded Visual Tools開發(fā)，負(fù)責(zé)完成串行通信、解碼、向系統(tǒng)發(fā)出輸入消息的功能。此外，還可進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)組合按鍵、定制快捷輸入等高級(jí)功能。
2.1 硬件開發(fā)
整個(gè)輸入設(shè)備以MC68HC908GP32單片機(jī)為核心。該型號(hào)是Motorola HC08系列的通用型產(chǎn)品，片內(nèi)資源豐富，功能強(qiáng)大。系統(tǒng)框圖如圖2所示。
按鍵的輸入，可以使用普通的按鍵開關(guān)，也可以使用陣列的小鍵盤。按鍵輸入產(chǎn)生的信號(hào)，送往GP32的通用I/O口PortA和PortB，其中PortA是鍵盤模塊的接口，可產(chǎn)生鍵盤中斷。
單片機(jī)的串口通信，由其SCI異步串行模塊外接MAX232實(shí)現(xiàn)。
2.2 單片機(jī)的固件開發(fā)
單片機(jī)的固件程序用匯編語言編寫，使用PEWIN-IDE編譯器進(jìn)行編譯。程序的流程如圖3所示。
單片機(jī)的初始化，包括對(duì)基本配置、SCI串口和時(shí)鐘TIM1等部分的初始化，如表1所列。
表1 固件程序的初始化
| 地 址 | 寄存器 | 值 | 描 述 |
| $001E | CONFIG1 | 01 | 屬性設(shè)置 |
| $001F | CONFIG2 | 3D | |
| $0036 | PCTL | 71 | 鎖相環(huán)（產(chǎn)生2.4576MHz內(nèi)部總線時(shí)鐘） |
| $0037 | PBWC | E0 | |
| $0038 | PMSH | 01 | |
| $0039 | PMSL | 2C | |
| $003A | PMRS | 80 | |
| $0013 | SCCR1 | 40 | SCI（9600bps雙向傳輸速率） |
| $0014 | SCCR2 | 0C | |
| $0019 | BAUD | 02 | |
| $0023 | T1MODH | 1E | TIM1時(shí)鐘（溢出中斷10次/s） |
| $0024 | T1MODL | 00 | |
| $0020 | T1SC | 55 |
如流程圖所示，固件程序在完成初始化后，就會(huì)嘗試與Pocket PC建立連接。
在向Pocket PC發(fā)送設(shè)備標(biāo)識(shí)字節(jié)，并且反饋回正確的驅(qū)動(dòng)字節(jié)后，認(rèn)為成功建立了連接。之后，程序置位中斷允許位，開始進(jìn)入空循環(huán)方式等待時(shí)鐘中斷。
每次時(shí)鐘中斷發(fā)生后，將讀取端口狀態(tài)，然后進(jìn)行判別、編碼和送。輸入的按鍵消息編碼后用兩個(gè)字節(jié)發(fā)送、并且附加上發(fā)送次序標(biāo)識(shí)。
串口通信使用查詢方式，通過反復(fù)查詢SCI發(fā)送和接收器的狀態(tài)，直到可以發(fā)送/接收數(shù)據(jù)為止。
*發(fā)送子程序
SENDATA：BRCLR7，SCS1，SENDATA
STA SCDR
RTS
*接收子程序
GETDATA：BRCLR 5，SCS1，GETDATA
LDA SCDR
RTS
此外，Pocket PC的外設(shè)開發(fā)應(yīng)該做便攜、低功耗等方面的考慮。例如，在固件程序等待中斷的空循環(huán)體，加入一句WAIT指令，即在每次中斷調(diào)用返回后等待下次中斷期間，系統(tǒng)進(jìn)入WAIT低功耗方式。因?yàn)槊績(jī)纱沃袛嗟拈g隔為100ms，而每次調(diào)用的中斷子程不超過幾十條指令，系統(tǒng)絕大部分的時(shí)間是等待；所以，這樣能夠比較明顯地降低功耗。
2.3 軟件的開發(fā)
Pocket PC上的接口驅(qū)動(dòng)軟件的開發(fā)，包括完成從串口獲取數(shù)據(jù)、解碼、向操作系統(tǒng)插入虛擬按鍵消息以及對(duì)于虛擬按鍵消息的設(shè)定等功能。接口驅(qū)動(dòng)程序流程如圖4所示。
Windows CE操作系統(tǒng)在編程接口（API）上，保持了與Win32體系的高度兼容。同時(shí)，使用Embedded Visual Tools中的C++開發(fā)環(huán)境與使用VC++6.0具有很大的相似性。
這些功能都可以通過調(diào)用相應(yīng)的API函數(shù)實(shí)現(xiàn)，如表2所列。Windows CE是一個(gè)全新架構(gòu)的純32位系統(tǒng)，它針對(duì)有限資源、高穩(wěn)定度、模塊化的需求，對(duì)于Win32 API函數(shù)作了大量的修改和簡(jiǎn)化。16位版本的API函數(shù)被舍棄，一些API函數(shù)對(duì)于Windows CE平臺(tái)無意義的參數(shù)被定義為忽略，而且絕大部分API函數(shù)的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)已經(jīng)不同于Win32平臺(tái)了。但是，Windows CE版本的API函數(shù)在編程接口上與Win32平臺(tái)還是保持了基于一致（見表2），因而，有VC++開發(fā)經(jīng)驗(yàn)的人，能夠比較快地轉(zhuǎn)向Windows CE的程序設(shè)計(jì)。
表1 程序使用的API函數(shù)
| API函數(shù) | 功 能 注 釋 |
| CreateFil() | 以文件名為“COM1：”打開串口，返回個(gè)文件句柄 |
| ReadFile() | 根據(jù)文件句柄，從串口讀取字節(jié) |
| WriteFile() | 根據(jù)文件句柄，向串口發(fā)送字節(jié) |
| PurgeComm() | 清除串口之前的任務(wù)和數(shù)據(jù) |
| CreateThread() | 創(chuàng)建新的線程，一個(gè)負(fù)責(zé)程序界面和主要功能，另一個(gè)負(fù)責(zé)串行通信 |
| keybd_event() | 向系統(tǒng)的消息隊(duì)列中插入自定義的虛擬按鍵消息，第一個(gè)參數(shù)是要發(fā)送的虛擬按鍵鍵碼 |
| RegCreateKeyEx() | 在注冊(cè)表指定位置創(chuàng)建一個(gè)鍵，返回鍵的句柄 |
| RegSetValueEx() | 在指定的鍵內(nèi)設(shè)定一個(gè)值 |
| RegOpenKeyEx() | 打開指定的鍵（獲得鍵的句柄） |
| RegQueryValueEx() | 關(guān)閉已打開的鍵 |
接口驅(qū)動(dòng)程序（見圖5）在確認(rèn)設(shè)備連接后，從設(shè)備獲取每次2字節(jié)的按鍵編碼，然后將其在程序界面中即時(shí)顯示出來，并且向Win CE的消息循環(huán)中插入相應(yīng)的虛擬按鍵消息，供其它應(yīng)用程序響應(yīng)；而輸入信號(hào)對(duì)應(yīng)的按鍵可以自行定義，并保存在注冊(cè)表中。
3 總結(jié)
在本文基礎(chǔ)上，如果采用數(shù)/模轉(zhuǎn)換、電機(jī)控制等模塊作為輸入/輸出信號(hào)，或是采用MC68HC908系列其它型號(hào)的單片機(jī)，則可以針對(duì)不同的需求開發(fā)出各種Pocket PC外設(shè)，實(shí)現(xiàn)如數(shù)據(jù)采集、測(cè)控、通信等各種功能，形成各種新的Pocket PC便攜式應(yīng)用方案。
此外，如果采用μC/OS-II實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)以及IrDA協(xié)議棧，還可以開發(fā)出基于IrDA接口的PocketPC外設(shè)，將更加方便易用。
評(píng)論