WinCE內(nèi)核動態(tài)加載GPIO端口驅(qū)動的設(shè)計方法

龔松顯，王光輝

（總參通信訓(xùn)練基地教研部，宣化075100）

引 言

WinCE下GPIO端口驅(qū)動大多采用流接口驅(qū)動的方式進行開發(fā)，在實現(xiàn)上主要依托Platform Builder編譯環(huán)境將驅(qū)動程序編譯成動態(tài)鏈接庫，并整合到WinCE內(nèi)核中。但在實際項目的開發(fā)中，Platform Builder在驅(qū)動程序的開發(fā)和調(diào)試上不夠便捷，且在整合動態(tài)鏈接庫和WinCE內(nèi)核時，需要進行繁瑣的參數(shù)配置，整個過程較為復(fù)雜。筆者以飛凌S3C2440開發(fā)板為例，給出在Visual Studio編譯環(huán)境中采用動態(tài)加載方式來設(shè)計GPIO端口驅(qū)動程序的思路，較好地改進了目前常用的GPIO端口驅(qū)動設(shè)計方法，提高了開發(fā)效率。

1 GPIO端口的流驅(qū)動設(shè)計

1.1 過程簡述

關(guān)于GPIO端口流驅(qū)動的設(shè)計原理，大量論文及書籍中均有介紹［1－2］，這里不再贅述。其設(shè)計步驟也遵循固定的設(shè)計模式，按照編寫驅(qū)動實現(xiàn)代碼、驅(qū)動程序配置、編譯調(diào)試的順序進行。

1.1.1 編寫驅(qū)動實現(xiàn)代碼

WinCE流式驅(qū)動實質(zhì)上是按照固定的流函數(shù)接口實現(xiàn)的一個動態(tài)鏈接庫［2］。在實現(xiàn)時，創(chuàng)建相關(guān)的.cpp文件、.h文件和.def文件，根據(jù)需要實現(xiàn)xxx＿Init、xxx＿Read、xxx＿Write等流接口函數(shù)即可。

1.1.2 驅(qū)動程序配置

WinCE配置文件分為源代碼配置文件和鏡像配置文件，通過這兩種配置文件，Platform Builder編譯環(huán)境實現(xiàn)對驅(qū)動代碼和內(nèi)核的編譯、整合。具體包括：

① 創(chuàng)建相關(guān)提供注冊信息的.reg文件以供在WinCE注冊表中注冊GPIO驅(qū)動程序。

② 在Platform Builder的相關(guān)目錄下，配置Dirs文件、Makefile文件、Sources文件和Platform.bib文件中的相關(guān)參數(shù)，Platform Builder在編譯時按照配置的參數(shù)編譯驅(qū)動程序并將其整合到內(nèi)核鏡像中。

1.1.3 編譯調(diào)試

使用Platform Builder編譯環(huán)境編譯驅(qū)動程序和WinCE內(nèi)核，編譯成功之后即得到按照硬件平臺定制的含有驅(qū)動程序動態(tài)鏈接庫的內(nèi)核鏡像文件，當WinCE啟動時，該驅(qū)動會被自動加載。

1.2 設(shè)計方法的不足

基于以上描述，流接口驅(qū)動程序設(shè)計方法中存在以下兩個問題：

① 在整個設(shè)計過程中，驅(qū)動程序的編譯、調(diào)試全部依托的是Platform Builder編譯環(huán)境。Platform Builder編譯環(huán)境雖然也能實現(xiàn)對驅(qū)動程序的編譯和后期調(diào)試，但在實際工程項目的開發(fā)中適用面不廣，在使用操作、功能提供等方面均不如Visual Studio，其在實際工程項目中主要是用來定制WinCE內(nèi)核。另外，為了將驅(qū)動程序整合到WinCE內(nèi)核中，需要開發(fā)者較為熟悉Platform Builder編譯環(huán)境中對源代碼配置文件和內(nèi)核鏡像配置文件的修改及原理［3］，而大多數(shù)開發(fā)者對此基本上處于“比葫蘆畫瓢”的模仿層次，學(xué)習(xí)入門門檻較高。

② 在設(shè)計中，出于整合資源的目的，將端口驅(qū)動程序的動態(tài)鏈接庫編譯到WinCE內(nèi)核中，但實際上這種方法導(dǎo)致驅(qū)動程序的動態(tài)鏈接庫與內(nèi)核結(jié)合過于緊密，每次對驅(qū)動程序的任何改動都需要隨后使用Platform Builder編譯環(huán)境對內(nèi)核重新進行編譯，來回反復(fù)、效率低下。從程序設(shè)計的角度講，驅(qū)動程序和內(nèi)核分屬不同功能類型的模塊，與程序設(shè)計中功能模塊內(nèi)緊外松的耦合思想不一致。

2 WinCE內(nèi)核動態(tài)加載GPIO端口驅(qū)動的設(shè)計方法

2.1 設(shè)計方法原理

在前文中已經(jīng)介紹過，在基于流驅(qū)動的驅(qū)動設(shè)計方法中，需要在Platform Builder編譯環(huán)境中配置相關(guān)的參數(shù)，將驅(qū)動程序的動態(tài)鏈接庫文件編譯到WinCE內(nèi)核中。實際上，WinCE內(nèi)核具有動態(tài)加載（卸載）驅(qū)動文件的能力，驅(qū)動文件可以在需要的時候動態(tài)加載進WinCE內(nèi)核中，在不需要的時候卸載掉［4］。開發(fā)者可以使用Visual Studio編譯環(huán)境替代Platform Builder編譯環(huán)境，在Visual Studio中通過調(diào)用相關(guān)的WinCE API來實現(xiàn)對驅(qū)動文件的加載、卸載。利用這一特性，對驅(qū)動文件的調(diào)用方式更加靈活，項目的可擴展性得到了提高。

2.2 具體實現(xiàn)步驟

在WinCE中，主要通過RegisterDevice和Deregister－Device兩個函數(shù)實現(xiàn)WinCE內(nèi)核對GPIO端口驅(qū)動的動態(tài)加載和卸載，其中RegisterDevice函數(shù)負責加載設(shè)備驅(qū)動，DeregisterDevice函數(shù)負責卸載設(shè)備驅(qū)動［5］。在程序設(shè)計時，端口驅(qū)動程序的開發(fā)仍然采用流驅(qū)動的設(shè)計方式，但編譯環(huán)境使用Visual Studio。生成驅(qū)動動態(tài)鏈接庫文件后將其部署在開發(fā)板適當?shù)穆窂较?，然后在WinCE程序中動態(tài)加載（卸載）該dll文件。筆者使用飛凌S3C2440開發(fā)板，創(chuàng)建了一個WinCE對話框程序，通過點擊相關(guān)按鈕可以實現(xiàn)加載（卸載）GPIO端口驅(qū)動、點亮（熄滅）LED燈。圖1是本程序的運行界面。

圖1 動態(tài)加載驅(qū)動的程序運行界面

相關(guān)的要點代碼及解釋如下（暫不考慮程序的異常處理）。

（1）端口驅(qū)動動態(tài)鏈接庫的創(chuàng)建及生成

使用Visual Studio編譯環(huán)境創(chuàng)建一個常規(guī)的動態(tài)鏈接庫工程，并編譯生成dll文件即可。具體代碼這里不再給出。需要注意的是，在動態(tài)鏈接庫工程的.cpp文件中，驅(qū)動的編寫需要嚴格遵循流驅(qū)動定義的接口標準。在本程序中，流驅(qū)動的前綴名為GPI，生成的動態(tài)鏈接庫文件名為 GPI.dll。

（2）端口驅(qū)動動態(tài)鏈接庫的注冊及加載

調(diào)用RegisterDevice函數(shù)后，即將步驟1中生成的動態(tài)鏈接庫文件注冊到注冊表中，并加載進WinCE內(nèi)核。在使用該函數(shù)時需要注意，在WinCE應(yīng)用程序中需要獲取該驅(qū)動動態(tài)鏈接庫文件的絕對路徑。因此，開發(fā)者在部署WinCE應(yīng)用程序和端口驅(qū)動動態(tài)鏈接庫時，需要注意兩者之間的位置關(guān)系，一般情況下，將兩者部署在同一路徑下即可。驅(qū)動程序動態(tài)鏈接庫的注冊及加載代碼如下：

（3）端口訪問

端口訪問的方式與常規(guī)方式一致，根據(jù)需要調(diào)用CreateFile、WriteFile、ReadFile等函數(shù)即可，相關(guān)代碼這里不再給出。

（4）端口驅(qū)動動態(tài)鏈接庫的卸載

當不需要該設(shè)備驅(qū)動時，調(diào)用DeregisterDevice函數(shù)即可實現(xiàn)對動態(tài)鏈接庫dll文件的卸載。如果程序再次需要該設(shè)備驅(qū)動時，按照步驟2再次加載設(shè)備驅(qū)動即可。

2.3 設(shè)計方法的優(yōu)點

在WinCE內(nèi)核動態(tài)加載GPIO端口驅(qū)動的設(shè)計方法中，內(nèi)核調(diào)用端口驅(qū)動的方式比較靈活，GPIO端口驅(qū)動文件是通過相關(guān)WinCE API直接注冊和調(diào)用的，整個開發(fā)過程不再涉及Platform Builder編譯環(huán)境的使用。開發(fā)者只需要將注意力集中在Visual Studio創(chuàng)建端口驅(qū)動文件和WinCE應(yīng)用程序的開發(fā)上，對驅(qū)動程序的修改和調(diào)試都獨立于WinCE內(nèi)核，而且在實際的使用中，端口驅(qū)動程序、WinCE內(nèi)核和WinCE應(yīng)用程序各自獨立，便于各功能模塊的獨立開發(fā)和調(diào)試。

結(jié) 語

本文介紹了基于ARM＋WinCE進行項目開發(fā)過程中動態(tài)加載GPIO端口驅(qū)動程序的設(shè)計方法，較好地避開了對Platform Builder編譯環(huán)境的使用，能夠替代常用的基于流驅(qū)動的驅(qū)動程序的設(shè)計方法。筆者在工程項目中驗證了這兩種設(shè)計方法，實際可行且快捷有效，對于其他ARM類的GPIO驅(qū)動程序開發(fā)，具有一定的借鑒意義。

［1］羅家兵，滕少華，張巍，等.WinCE.NET下流接口驅(qū)動研究與實現(xiàn)［J］.微計算機信息，2007，23（9）：229－292.

［2］楊澤輝，徐燕玲，劉碧君，等.基于嵌入式 WinCE的GPIO驅(qū)動開發(fā)［J］.太原科技大學(xué)學(xué)報，2010，31（6）：446－448.

［3］周建設(shè).Windows CE設(shè)備驅(qū)動及BSP開發(fā)指南［M］.北京：中國電力出版社，2009.

［4］林濤.嵌入式操作系統(tǒng) Windows CE的研究［J］.微計算機信息，2006（6－2）：91－93.

［5］張歡，鈕文良.Windows CE系統(tǒng)開發(fā)基礎(chǔ)與實例［M］.北京：中國電力出版社，2010.