基于PocketPC的CF卡驅動程序設計

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

關鍵詞：PocketPC流接口驅動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用，如在服務行業(yè)、導航系統(tǒng)、金融、證券、保險等領域。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)字手持設備。

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

2.基于PocketPC的CF卡驅動設計

2.1.PocketPC驅動簡介

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)核和設備驅動程序模型，PocketPC是針對掌上電腦的定制化的WindowsCE操作系統(tǒng)，其驅動模型與WindowsCE一致。

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

2.2.CF卡驅動架構和原理

設計CF卡驅動程序的主要任務是實現(xiàn)PocketPC應用程序對CF卡系統(tǒng)硬件的訪問，實現(xiàn)CF卡設備的管理和即插即用。應用程序對CF卡硬件的訪問需要考慮驅動程序的體系結構、應用程序與驅動程序的交互、驅動層的中斷處理等問題。CF卡即插即用問題涉及設備管理程序、設備文件名等等。

2.2.1.流接口驅動程序的系統(tǒng)結構

PocketPC中CF卡驅動程序的設計對應模式是流接口驅動。流接口驅動程序是一個管理外圍設備的DLL，它把設備表示為文件系統(tǒng)的一個特殊文件，主要任務是把外設的使用傳遞給應用程序。PocketPC的設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)分設備文件和其他文件。

流接口驅動程序接收設備管理器和應用程序通過系統(tǒng)調(diào)用的命令，并且封裝所有命令，轉換成控制設備適當?shù)膭幼餍畔?。圖一表示CF卡的流接口驅動程序和其他系統(tǒng)部件間的相互關系：

流接口驅動程序通過內(nèi)部硬件訪問外圍設備。對CF卡而言，內(nèi)部設備是CF卡插槽，由內(nèi)置CF卡插槽驅動程序驅動，而CF卡插槽驅動程序提供編寫CF卡流接口驅動程序的插槽接口函數(shù)。即CF卡的設備驅動程序使用CF卡服務庫(由CF卡插槽接口函數(shù)組成)，CF卡服務庫控制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)情況進行智能的分配，當設備連接到掌上電腦時，操作系統(tǒng)能自動識別并啟動相應的驅動，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：設備管理程序(DeviceManager，DM)和設備文件名。

2.2.3.編寫CF卡接口驅動程序DLL

設備管理程序屬于用戶層程序，與內(nèi)核，注冊表和流接口驅動程序DLL相互作用并實現(xiàn)特定功能(見圖一)，從而實現(xiàn)設備的即插即用。

DM執(zhí)行下列任務[1]：

a．初始化驅動程序的加載。

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

b．向內(nèi)核注冊設備文件名。

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

c．啟動相應的驅動程序

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

d．自動卸載設備驅動程序

通過讀寫注冊表值加載和跟蹤驅動程序，當不再需要設備時卸載其驅動程序。

B)設備文件名

應用程序通過文件系統(tǒng)里的特殊入口訪問外圍設備。

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?shù)牧鹘涌隍寗映绦颉?/p>

設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動程序相對應的特殊設備文件名。文件名前綴存儲在注冊表的相應驅動程序的鍵值中。在用戶生成流接口驅動程序時，必須指定這三個前綴字母。

C)即插即用

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

a．加載流接口驅動

CF卡加載流接口驅動有兩種方法：

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的應用程序必須列出該外圍設備的驅動程序，即主動調(diào)用RegisterDevice()或者ActivateDevice()函數(shù)實現(xiàn)驅動的加載。

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

當系統(tǒng)開啟或者CF卡插入槽后，DM會調(diào)用在注冊表中設置的檢測模塊檢測插卡類型，如果符合，則會加載相應的驅動。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)，判斷是否對應設備。如果對應，則告訴DM需要加載注冊表中指定的相應設備的驅動程序。

b．卸載流接口驅動

流接口驅動根據(jù)加載驅動的方式用兩種方式分別卸載。

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

對應用程序主動加載的驅動設備，應用程序必須在DLL存在前通過調(diào)用函數(shù)DelregisterDevice來卸載DLL

2.2.3.編寫CF卡接口驅動程序DLL

CF卡驅動程序使用CF卡插槽接口函數(shù)實現(xiàn)驅動。對每個驅動程序而言，其所要求的標準的入口點用來實現(xiàn)標準文件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。這些標準入口點為：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，必須用設備文件名前綴替換入口點名字中的XXX，以對應不同的設備驅動。

3.CF卡驅動程序設計實例

3.1.CF卡系統(tǒng)設計

要實現(xiàn)標準的CFCard，硬件上關鍵在于接口的實現(xiàn)。我們應用的是TexasInstrument公司的TL16PC564接口芯片來簡化設計并使其符合CF+標準。設計方案如圖二所示:

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)之間的串并轉換功能[2]。在下位機子系統(tǒng)中，MCU負責處理由上位機和外部系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流交互。此系統(tǒng)結構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)負責完成對CIS的初始化。

TL16PC564接口芯片的主要特性：

1)集成了符合CF+標準的TL16550的PCMCIA接口邏輯，該邏輯提供了外設與CPU之間的數(shù)據(jù)串并轉換功能。

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卡中的設計實現(xiàn)

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

在實際設計中，TL16PC564硬件設置為旁路模式，上下位機通過訪問FIFO，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的交互。對上位系統(tǒng)驅動而言，數(shù)據(jù)的發(fā)送等價于對TL16PC564的FIFO寫數(shù)據(jù)，當數(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硬件設置為旁路模式，使下位機可以直接訪問FIFO,可以提高通訊速率。我們在實現(xiàn)上下位機通訊過程中，定制了高效的通訊規(guī)則，使上下位機數(shù)據(jù)交互速率最優(yōu)化，經(jīng)過測試，系統(tǒng)通訊速度達：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，達到多功能卡設計的目的。

3.2.CF卡驅動程序的實現(xiàn)

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

3.2.1.實現(xiàn)流接口驅動的標準接口(設備文件名取CFC)

A)CFC_Init

DM調(diào)用RegisterDevice或ActivateDevice進入此模塊。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)，當設備狀態(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

應用程序調(diào)用Createfile時進入此模塊，主要是分配資源，數(shù)據(jù)結構的初始化。

D)CFC_Close

應用程調(diào)用API接口CloseHandle(hFile)進入此模塊，關閉CF卡的驅動。

E)CFC_Read

應用程調(diào)用API接口ReadFile進入此模塊，讀取CF卡數(shù)據(jù)。

F)CFC_Write

應用程調(diào)用API接口WriteFile進入此模塊，向CF卡寫數(shù)據(jù)。

G）CFC_IOControl

應用層調(diào)用DeviceIoControl()進入此模塊。

3.2.2.驅動中斷處理

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動程序生成一個新的線程，這個線程叫做中斷服務線程(IST)。在中斷發(fā)生時，OS就給IST發(fā)信號。CF卡驅動程序的IST從CardRequestIRQ函數(shù)接受信號。因為內(nèi)建CF卡插槽的驅動程序得到由CF卡插槽生成的原始中斷，所以PC卡驅動程序并不直接處理中斷。在中斷發(fā)生時，進入CardReguestIRQ指定的PC卡插槽驅動程序調(diào)用的回調(diào)函數(shù)。

3.3.應用程序與驅動交互

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

Createfile()：創(chuàng)建設備文件

ReadFile()：讀取設備數(shù)據(jù)

WriteFile()：放送數(shù)據(jù)至設備

DeviceIOControl()：其他的相關操作

CloseHandle()：關閉設備文件

應用程序經(jīng)由CreateFile()打開和存取CF卡驅動程序，產(chǎn)生一個對CF卡驅動程序中CFC_Open()的調(diào)用，驅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()分別對應驅動程序的CFC_Write()，和CFC_Read()模塊。最后，CloseHandle()調(diào)用驅動程序的CFC_Close()模塊釋放內(nèi)部資源。

3.4.驅動程序的安裝

驅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

驅動安裝過程是將驅動程序“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結束語

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