WinCE內核動態(tài)加載GPIO端口驅動的設計方法

摘要：針對采用基于流接口驅動方式進行GPIO端口驅動開發(fā)所存在的困難和不足，提出了采用動態(tài)方式加載(卸載)端口驅動的思路，給出了該思路下GPIO端口驅動設計方法的步驟和關鍵代碼并進行了驗證，為其他類似的驅動設計與實現(xiàn)提供參考。
關鍵詞：WinCE；GPIO；驅動；動態(tài)加載

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

1 GPIO端口的流驅動設計
1．1 過程簡述
    關于GPIO端口流驅動的設計原理，大量論文及書籍中均有介紹，這里不再贅述。其設計步驟也遵循固定的設計模式，按照編寫驅動實現(xiàn)代碼、驅動程序配置、編譯調試的順序進行。
1．1．1 編寫驅動實現(xiàn)代碼
    WinCE流式驅動實質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。在實現(xiàn)時，創(chuàng)建相關的．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)對驅動代碼和內核的編譯、整合。具體包括：
    ①創(chuàng)建相關提供注冊信息的．reg文件以供在WinCE注冊表中注冊GPIO驅動程序。
    ②在Platform Builder的相關目錄下，配置Dirs文件、Makefile文件、Sources文件和Platform．bib文件中的相關參數(shù)，Platform Buil der在編譯時按照配置的參數(shù)編譯驅動程序并將其整合到內核鏡像中。
1．1．3 編譯調試
    使用Platform Builder編譯環(huán)境編譯驅動程序和WinCE內核，編譯成功之后即得到按照硬件平臺定制的含有驅動程序動態(tài)鏈接庫的內核鏡像文件，當WinCE啟動時，該驅動會被自動加載。
1．2 設計方法的不足
    基于以上描述，流接口驅動程序設計方法中存在以下兩個問題：
    ①在整個設計過程中，驅動程序的編譯、調試全部依托的是Platform Builder編譯環(huán)境。Platform Builder編譯環(huán)境雖然也能實現(xiàn)對驅動程序的編譯和后期調試，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 Stladio，其在實際工程項目中主要是用來定制WinCE內核。另外，為了將驅動程序整合到WinCE內核中，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核鏡像配置文件的修改及原理，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，學習入門門檻較高。
    ②在設計中，出于整合資源的目的，將端口驅動程序的動態(tài)鏈接庫編譯到WinCE內核中，但實際上這種方法導致驅動程序的動態(tài)鏈接庫與內核結合過于緊密，每次對驅動程序的任何改動都需要隨后使用Platform Builder編譯環(huán)境對內核重新進行編譯，來回反復、效率低下。從程序設計的角度講，驅動程序和內核分屬不同功能類型的模塊，與程序設計中功能模塊內緊外松的耦合思想不一致。

2 WinCE內核動態(tài)加載GPIO端口驅動的設計方法
2．1 設計方法原理
    在前文中已經(jīng)介紹過，在基于流驅動的驅動設計方法中，需要在Platform Builder編譯環(huán)境中配置相關的參數(shù)，將驅動程序的動態(tài)鏈接庫文件編譯到WinCE內核中。實際上，WinCE內核具有動態(tài)加載(卸載)驅動文件的能力，驅動文件可以在需要的時候動態(tài)加載進WinCE內核中，在不需要的時候卸載掉。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Visualstudio中通過調用相關的WinCE API來實現(xiàn)對驅動文件的加載、卸載。利用這一特性，對驅動文件的調用方式更加靈活，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內核對GPIO端口驅動的動態(tài)加載和卸載，其中Register Device函數(shù)負責加載設備驅動，DeregisterDevice函數(shù)負責卸載設備驅動。在程序設計時，端口驅動程序的開發(fā)仍然采用流驅動的設計方式，但編譯環(huán)境使用Visual Studio。生成驅動動態(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，通過點擊相關按鈕可以實現(xiàn)加載(卸載)GPIO端口驅動、點亮(熄滅)LED燈。圖1是本程序的運行界面。

    相關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，驅動的編寫需要嚴格遵循流驅動定義的接口標準。在本程序中，流驅動的前綴名為GPI，生成的動態(tài)鏈接庫文件名為GPI．dll。
    (2)端口驅動動態(tài)鏈接庫的注冊及加載
    調用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內核。在使用該函數(shù)時需要注意，在WinCE應用程序中需要獲取該驅動動態(tài)鏈接庫文件的絕對路徑。因此，開發(fā)者在部署WinCE應用程序和端口驅動動態(tài)鏈接庫時，需要注意兩者之間的位置關系，一般情況下，將兩者部署在同一路徑下即可。驅動程序動態(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)需要調用CreateFile、WriteFile、ReadFile等函數(shù)即可，相關代碼這里不再給出。
    (4)端口驅動動態(tài)鏈接庫的卸載
    當不需要該設備驅動時，調用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備驅動時，按照步驟2再次加載設備驅動即可。
2．3 設計方法的優(yōu)點
    在WinCE內核動態(tài)加載GPIO端口驅動的設計方法中，內核調用端口驅動的方式比較靈活，GPIO端口驅動文件是通過相關WinCE API直接注冊和調用的，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)建端口驅動文件和WinCE應用程序的開發(fā)上，對驅動程序的修改和調試都獨立于WinCE內核，而且在實際的使用中，端口驅動程序、WinCE內核和WinCE應用程序各自獨立，便于各功能模塊的獨立開發(fā)和調試。

結語
    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端口驅動程序的設計方法，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動的驅動程序的設計方法。筆者在工程項目中驗證了這兩種設計方法，實際可行且快捷有效，對于其他ARM類的GPIO驅動程序開發(fā)，具有一定的借鑒意義。