基于Windows CE操作系统实现串口应用程序开发和驱动设计
引言
windows ce是一个开放的、可升级、可裁减的32位实时嵌入式操作系统，具有可靠性好、实时性高、内核体积小的特点，广泛应用于工业控制、信息家电、移动通信、汽车电子、个人电子消费品等领域。最新版本windows em-bedded ce 6．0于2006年11月发布，其特点有：最大进程数量到32k，且每个进程有最大2 gb的虚拟内存空间；将关键的驱动程序、文件系统和图形界面管理器移到了内核中，大大减少了cpu在内核态和用户态间切换造成的性能损失等。 lpc3250是nxp半导体公司（由philips公司成立）推出的带有矢量浮点协处理器的arm926ej-scpu内核的微控制器。它具有丰富的外围接口，包括7个uart，其中4个是标准uart，另外3个是高速uart，都带有64字节的接收和发送fifo，最高可支持的速率达921 600 b／s。为了实现低功耗，lpc3250采用nxp半导体先进的开发技术来优化内在功率，并使用增强型的软件控制结构使基于功率管理的应用得到优化。在同时要求高性能和低功耗的嵌入式应用中，运行win-dows ce的lpc3250平台将会有很好的市场前景，对于最常用到的串口的驱动开发显得尤为重要。
1 windows ce的串口驱动模型
基于windows ce有两种驱动程序模型：本机设备驱动程序和流接口驱动程序。串口驱动就属于分层的流接口驱动程序。分层驱动程序将设备的驱动程序分为两层：平台相关驱动 pdd（platform dependence driver）层和模型设备驱动mdd（model device driver）层。pdd层由特定于给定硬件设备或平台的代码组成，很多时候用户需要根据具体平台修改；mdd层包含平台无关的代码，它通过实现一些操作系统预先定义的接口来实现某一类设备的通用功能，通常由微软提供。操作系统与mdd层之间通过ddi（设备驱动接口）进行交互。mdd层也实现了中断处理线程ist，并定义一些与pdd层的接口函数，这些接口函数称为ddsi（设备驱动服务接口）。
用％_winceroot％来表示windows ce的安装根目录，符合‘550工业规范的串口驱动源码主要位于＼％_winceroot％＼public＼common＼oak＼drivers＼serial下，主要看表1所列的一些重要文件。
如图1所示，串口应用程序通过设备管理器调用mdd．c中mdd层的标准流设备驱动接口com_xxx，在com_xxx中通过结构体 hw_indep_info中hwobj结构体调用串口硬件操作函数hwxxx；然后在cserpdd．cpp中getseri-alobject函数通过hw_vtbl类型数组iovtb1将hwxxx映射为serxxx系列函数，serxxx系列函数则调用cserialpdd类中的成员函数（其中的纯虚函数由cserialp-dd的继承类cp-dd16550实现，真正与物理底层操作的是cpdd16550的数据成员creg16550中的 write_xxx、read_xxx函数）；最终通过调用write_port_uchar和read_port_uchar系统函数来实现。
2 wince6．0下的lpc3250串口驱动程序开发
windows ce的串口驱动程序开发中最重要的是两点：配置串口相关的寄存器和处理中断。配置寄存器，包括实现与物理底层操作的函数，将寄存器地址映射到内核进程的虚拟地址，在串口操作的不同阶段配置好各种寄存器；处理中断，包括将物理中断映射为系统中断，将中断与事件绑定，中断发生时进行相应的中断处理。
lpc3250串口与‘550工业规范的串口有差异，为了保证程序的通用性和尽量减少代码量，在实现lpc3250串口驱动程序时，需要继承 cpdd16550和creg16550类，根据实际的硬件特性实现它们的纯虚函数并扩展其虚函数的功能，配置硬件相关的寄存器和修改相关代码。首先实现 creg16550的继承类creglpc32xx，主要实现与物理底层操作的函数write_xxx和read_xxx，对串口寄存器进行读写操作。这里要注意的是lpc3250串口寄存器地址间隔是32位，而不是标准的8位；cpdd16550的继承类clpc32xxpdd16550uart本质还是个抽象类，同时为标准串口和高速串口服务，要重新实现init、getdivisoro-{rate、getwatermark、 maphardware、createhardwareac-cess、createserialobject、deleteserialobject等函数，其他的函数可以直接调用cpdd16550的成员函数，只需要修改相关串口寄存器的宏定义。
在clpc32xxpdd16550uart的init函数中，getisrinfo以串口的active注册表键为依据查出物理中断号，并保存在 ddkisrinfo结构体的dwlrq成员中。kernellocon-trol函数将物理中断号转换为逻辑中断号，符合条件就将逻辑中断号回写到注册表中。相关代码如下：
接着调用父类cpdd16550的init函数，创建中断服务线程（ist）事件，并通过interruptinitialize函数将事件与逻辑中断号关联起来，最后调用createhardwareaccess和maphardware函数将串口基地址及相关寄存器片内地址映射到内核进程的虚拟地址。
在maphardware中，用getwindowinfo根据串口的active注册表键获得串口的全部i／o端口和内存地址信息，然后用 mmmapiospace函数将串口物理地址和相关控制寄存器地址转换成内核进程的虚拟地址，以便后面对寄存器进行操作，部分代码如下：
createhardwareaccess函数根据maphardware得到的m_pbaseaddress，构造一个creglpc32xx类实例，然后调用creglpc32xx类的init函数确保串口控制器硬件进入稳定的工作状态。
根据lpc3250的数据手册，设置标准uart的波特率需要设置小数波特率预分频器和uart波特率发生器。当不用小数波特率预分频器（即x=y=1） 时，将标准uart的{baudrate，dlm：dll}的值定义一个数组baudpairs［］。getdivisorofrate根据这个数组得到分频系数，然后调用父类的成员函数setbaudrate便可设置波特率。高速uart的波特率类似，只是波特率计算公式和分频系数与标准uart不同。
用getwatermark得到接收器fifo的触发深度，分别为16、32、48和60位，然后在cpdd16550的initreceive中设置fifo控制寄存器，默认的fifo触发深度是32位。
clpc32xxpdd16550uart是个抽象类，实现通用功能，具体的要分别由继承的标准串口clpc32xxpdd16550stan- darduart类和高速串口clpc32xxpdd16550highuart类实现。在各自初始化时，主要是配置各种寄存器，实现具体硬件差异化，包括：配置uart时钟控制寄存器、时钟模式寄存器和时钟选择寄存器，分别使能uart时钟、设置自动时钟模式、选择相应的时钟源作为分频器的输入时钟；禁止uart3 modem和uart6 irda功能；禁止uart的回送功能。
特别要强调的是关于中断的处理，串口驱动中断可以用动态映射，也可以用静态映射。在oeminter-rupthandler、 clpc32xxpdd16550uart：：init、cpdd16550：：init、cpdd16550：：threadrun等处加入调试打印信息，可以较快地找到问题所在，确定硬件中断是否映射为系统中断、系统中断与中断事件是否绑定、中断产生时是否进入相应的处理程序。中断处理好了，串口驱动就基本完成了。
上述工作结束后，就要添加串口的注册表。以串口3为例，主要是设置动态链接库dll、设备基地址、中断号、前缀名、被加载的顺序等。根据注册表的 devicearrayin-dex、createserialobject就可以构造标准串口或高速串口类实例了， deleteserialobject在退出驱动时删除实例。具体代码如下：
在广州致远电子有限公司的smartarm3250开发板上，通过wince的串口应用程序与上位pc机进行发送接收实验，本驱动已经实现标准串口最高460 800 b／s、高速串口最高921 600 b／s的稳定传输。
结语
本文介绍了wince6．0下的串口驱动模型，结合lpc3250的硬件情况，详细说明了串口驱动开发过程，包括配置串口相关的寄存器和处理中断中重要函数的实现，以及注册表和source文件编写等。本驱动程序在广州致远电子有限公司的smartarm3250开发板上实验成功。在串口驱动开发中所用的思路，对其他类似的驱动设计有较高的参考价值。
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基于windows ce有两种驱动程序模型：本机设备驱动程序和流接口驱动程序。串口驱动就属于分层的流接口驱动程序。分层驱动程序将设备的驱动程序分为两层：平台相关驱动 pdd（platform dependence driver）层和模型设备驱动mdd（model device driver）层。pdd层由特定于给定硬件设备或平台的代码组成，很多时候用户需要根据具体平台修改；mdd层包含平台无关的代码，它通过实现一些操作系统预先定义的接口来实现某一类设备的通用功能，通常由微软提供。操作系统与mdd层之间通过ddi（设备驱动接口）进行交互。mdd层也实现了中断处理线程ist，并定义一些与pdd层的接口函数，这些接口函数称为ddsi（设备驱动服务接口）。
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如图1所示，串口应用程序通过设备管理器调用mdd．c中mdd层的标准流设备驱动接口com_xxx，在com_xxx中通过结构体 hw_indep_info中hwobj结构体调用串口硬件操作函数hwxxx；然后在cserpdd．cpp中getseri-alobject函数通过hw_vtbl类型数组iovtb1将hwxxx映射为serxxx系列函数，serxxx系列函数则调用cserialpdd类中的成员函数（其中的纯虚函数由cserialp-dd的继承类cp-dd16550实现，真正与物理底层操作的是cpdd16550的数据成员creg16550中的 write_xxx、read_xxx函数）；最终通过调用write_port_uchar和read_port_uchar系统函数来实现。
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lpc3250串口与‘550工业规范的串口有差异，为了保证程序的通用性和尽量减少代码量，在实现lpc3250串口驱动程序时，需要继承 cpdd16550和creg16550类，根据实际的硬件特性实现它们的纯虚函数并扩展其虚函数的功能，配置硬件相关的寄存器和修改相关代码。首先实现 creg16550的继承类creglpc32xx，主要实现与物理底层操作的函数write_xxx和read_xxx，对串口寄存器进行读写操作。这里要注意的是lpc3250串口寄存器地址间隔是32位，而不是标准的8位；cpdd16550的继承类clpc32xxpdd16550uart本质还是个抽象类，同时为标准串口和高速串口服务，要重新实现init、getdivisoro-{rate、getwatermark、 maphardware、createhardwareac-cess、createserialobject、deleteserialobject等函数，其他的函数可以直接调用cpdd16550的成员函数，只需要修改相关串口寄存器的宏定义。
在clpc32xxpdd16550uart的init函数中，getisrinfo以串口的active注册表键为依据查出物理中断号，并保存在 ddkisrinfo结构体的dwlrq成员中。kernellocon-trol函数将物理中断号转换为逻辑中断号，符合条件就将逻辑中断号回写到注册表中。相关代码如下：
接着调用父类cpdd16550的init函数，创建中断服务线程（ist）事件，并通过interruptinitialize函数将事件与逻辑中断号关联起来，最后调用createhardwareaccess和maphardware函数将串口基地址及相关寄存器片内地址映射到内核进程的虚拟地址。
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createhardwareaccess函数根据maphardware得到的m_pbaseaddress，构造一个creglpc32xx类实例，然后调用creglpc32xx类的init函数确保串口控制器硬件进入稳定的工作状态。
根据lpc3250的数据手册，设置标准uart的波特率需要设置小数波特率预分频器和uart波特率发生器。当不用小数波特率预分频器（即x=y=1） 时，将标准uart的{baudrate，dlm：dll}的值定义一个数组baudpairs［］。getdivisorofrate根据这个数组得到分频系数，然后调用父类的成员函数setbaudrate便可设置波特率。高速uart的波特率类似，只是波特率计算公式和分频系数与标准uart不同。
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clpc32xxpdd16550uart是个抽象类，实现通用功能，具体的要分别由继承的标准串口clpc32xxpdd16550stan- darduart类和高速串口clpc32xxpdd16550highuart类实现。在各自初始化时，主要是配置各种寄存器，实现具体硬件差异化，包括：配置uart时钟控制寄存器、时钟模式寄存器和时钟选择寄存器，分别使能uart时钟、设置自动时钟模式、选择相应的时钟源作为分频器的输入时钟；禁止uart3 modem和uart6 irda功能；禁止uart的回送功能。
特别要强调的是关于中断的处理，串口驱动中断可以用动态映射，也可以用静态映射。在oeminter-rupthandler、 clpc32xxpdd16550uart：：init、cpdd16550：：init、cpdd16550：：threadrun等处加入调试打印信息，可以较快地找到问题所在，确定硬件中断是否映射为系统中断、系统中断与中断事件是否绑定、中断产生时是否进入相应的处理程序。中断处理好了，串口驱动就基本完成了。
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结语
本文介绍了wince6．0下的串口驱动模型，结合lpc3250的硬件情况，详细说明了串口驱动开发过程，包括配置串口相关的寄存器和处理中断中重要函数的实现，以及注册表和source文件编写等。本驱动程序在广州致远电子有限公司的smartarm3250开发板上实验成功。在串口驱动开发中所用的思路，对其他类似的驱动设计有较高的参考价值。
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