基于WinCE驅(qū)動(dòng)程序的電源管理研究與設(shè)計(jì)

0 引言

W inCE 的兩種模型是本機(jī)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和流接口的驅(qū)動(dòng) 程對(duì)于通常的嵌入式電子設(shè)備， 尤其是不能長(zhǎng)久地連接交流電源的嵌入式電子設(shè)備， 降低顯示設(shè)備的耗電一直是電源管理的主要任務(wù)。目前， 有許多類型的顯示設(shè)備， 但現(xiàn)代大多數(shù)產(chǎn)品都選用反射式薄膜晶體管 ( TFT ) 顯示加背光燈作為顯示設(shè)備。雖然在光線充足的情況下可以看清屏幕上的內(nèi)容， 但是考慮到閱讀的舒適度， 還是需要把背光燈打開(kāi)。 基于 W indow s CE 的嵌入式系統(tǒng)終端通 常以電池供電。因此， 背光驅(qū)動(dòng)電源管理的作用顯得尤為關(guān)鍵。如何減少目標(biāo)系統(tǒng)的不必要的耗電， 延長(zhǎng)其待機(jī)時(shí)間， 就成了 W indow s CE 操作系統(tǒng)電源管理設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)的一個(gè)重要內(nèi)容。

本文從WinCE 的流接口設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序出發(fā)， 詳細(xì)介紹了基于 Window s CE 操作系統(tǒng)電源管理策 略和基本原理， 并且在WinCE 背光驅(qū)動(dòng)中實(shí)現(xiàn)了電源管理的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)。

1 Window CE 驅(qū)動(dòng)程序架構(gòu)

目前，WinCE 提供了四種設(shè)備模型， 其中兩種是專門(mén)用于 WinCE 的模型，另外兩種模型來(lái)自其他操作系統(tǒng)?；赪inCE 的兩種模型是本機(jī)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和流接口的驅(qū)動(dòng)程序。兩種外部模型用于通用串行總線(USB) 和網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)器接口標(biāo)準(zhǔn)(NDIS) 驅(qū)動(dòng)程序。其中流接口驅(qū)動(dòng)程序是為連接到基于WinCE 平臺(tái)的外圍設(shè)備而設(shè)計(jì)的， 這些外圍設(shè)備包括SD 卡、攝像頭、打印機(jī)等，其驅(qū)動(dòng)模型如圖1 所示。本文基于S3C2440A 的ARM9 開(kāi)發(fā)板上LCD 顯示屏的背光控制流接口驅(qū)動(dòng)程序， 詳細(xì)分析WinCE 下背光驅(qū)動(dòng)的電源管理開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)流程。

圖1 Window s CE 流接口驅(qū)動(dòng)模型

從圖1 可以看出， 外圍設(shè)備由設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序管理， 用戶應(yīng)用程序通過(guò)調(diào)用文件系統(tǒng)從而實(shí)現(xiàn)對(duì)外部物理設(shè)備的訪問(wèn)， 流接口驅(qū)動(dòng)程序通過(guò)把外圍設(shè)備表示為文件系統(tǒng)的一個(gè)特殊文件， 而使得應(yīng)用程序在使用外圍設(shè)備時(shí)就像打開(kāi)、關(guān)閉一個(gè)文件一樣簡(jiǎn)單。

2 Window CE 電源管理

2.1 電源管理架構(gòu)和電源管理器

電源管理的總體結(jié)構(gòu)如圖2 所示。電源管理器直接或者間接地與應(yīng)用程序和驅(qū)動(dòng)程序交互。電源管理器與驅(qū)動(dòng)程序主要通過(guò)驅(qū)動(dòng)程序接口進(jìn)行交互， 與應(yīng)用程序通過(guò)API 和提醒接口進(jìn)行交互。其中， 電源管理器專門(mén)負(fù)責(zé)管理設(shè)備電源狀態(tài)， 從而提高操作系統(tǒng)的整體電源效率， 并且與不支持電源管理的驅(qū)動(dòng)程序相兼容。電源管理器在操作系統(tǒng)中的軟件實(shí)體是動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)pm. dll, 它由設(shè)備管理器device. dll 加載到Windows CE 的內(nèi)核進(jìn)程中運(yùn)行。

圖2 電源管理架構(gòu)示意圖

使用電源管理器， 設(shè)備接收作為I/ O 控制代碼(IOCT L)形式的電源狀態(tài)變化的通知。使用IOCT L 管理電源可以區(qū)分設(shè)備的電源狀態(tài)與整個(gè)操作系統(tǒng)的電源狀態(tài)。這樣， 當(dāng)操作系統(tǒng)正在運(yùn)行時(shí)， 一些設(shè)備可以關(guān)閉自己的電源， 而當(dāng)操作系統(tǒng)掛起時(shí)， 另外一些設(shè)備可以保持原有狀態(tài)。

2.2 Windows CE設(shè)備電源狀態(tài)和系統(tǒng)電源狀態(tài)

電源管理器期望所有被管理的設(shè)備都支持一個(gè)或者多個(gè)設(shè)備電源狀態(tài)， 設(shè)備必須向電源管理器報(bào)告它們的電源消耗特征， 設(shè)備電源狀態(tài)通常需要在性能與電量消耗之間進(jìn)行折中。

電源狀態(tài)包括系統(tǒng)電源狀態(tài)和設(shè)備電源狀態(tài)。設(shè)備管理器在由OEM 定義的系統(tǒng)電源狀態(tài)的范圍內(nèi)管理設(shè)備電源狀態(tài)， 系統(tǒng)電源狀態(tài)對(duì)設(shè)備電源狀態(tài)施加了一個(gè)上界。

Window s CE 的設(shè)備電源狀態(tài)是操作系統(tǒng)的靜態(tài)的預(yù)定義電源狀態(tài)。外設(shè)的驅(qū)動(dòng)程序從電源管理器處接收改變?cè)O(shè)備電源狀態(tài)的請(qǐng)求， 將它轉(zhuǎn)換成外設(shè)可以支持的電源狀態(tài)， 并且負(fù)責(zé)最后實(shí)現(xiàn)在物理外設(shè)上的電源狀態(tài)改變。

Window s CE 提供5 種預(yù)定義的設(shè)備電源狀態(tài)。它們?cè)谧?cè)表中也有相對(duì)應(yīng)的鍵。如果以Dn 代表D0~ D4, 則n 的數(shù)字越小的電源狀態(tài)等級(jí)下外設(shè)的耗電量越大， 如表1 所列。

表1 設(shè)備電源狀態(tài)

Window s CE 操作系統(tǒng)的系統(tǒng)電源狀態(tài)與設(shè)備電源狀態(tài)性質(zhì)完全不同， 它不是靜態(tài)定義的， 而是由OEM 用戶根據(jù)需要自定義。OEM 用戶通過(guò)配置系統(tǒng)注冊(cè)表定義系統(tǒng)的電源狀態(tài)，系統(tǒng)電源狀態(tài)的名稱被定義成注冊(cè)表項(xiàng)的名字。圖3 描述了Window s CE 支持4 種最典型的系統(tǒng)電源狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。[!--empirenews.page--]

圖3 系統(tǒng)電源狀態(tài)的轉(zhuǎn)換

3 背光驅(qū)動(dòng)的電源管理

3.1 LCD 背光的電源管理策略

背光驅(qū)動(dòng)啟動(dòng)一個(gè)監(jiān)視工作線程， 不停的等待3 個(gè)事件：

3.1.1 BackLightChang eEv ent

等待注冊(cè)表中時(shí)鐘的更新， 在注冊(cè)表的時(shí)鐘更新之后總是將背光燈打開(kāi)。

dw Resul t = WaitForMul tipleObject s( NUM _EVENT S, & g_evtSignal[ 0] , FALSE, dw Tim eout ) ;

if ( WAIT _OBJECT_0 = = dw Res ult ) {

BL_ReadRegist ry( & g_BLInf o) ;

BL_On( TRUE) ;

}

3.1.2 Pow erChangedEv ent

供電電源發(fā)生變化， 例如插入了電源， 監(jiān)視線程會(huì)獲得了這個(gè)事件。如果使用電源， 可以使用m _ dw ACTimeout 值作為超時(shí)值， 否則， 使用m _ dw Batter yT imeout 值作為超時(shí)值。

if ( dw Result = = WAIT_OBJECT _0+ BL_POWERE VT) {

if ( IsACOn( ) ) {

dw Timeout = g_BLInf o. m_dw ACTim eout * 1000;

}

else {

dw Timeout = g_BLInf o. m_dw Bat t eryT imeout * 1000;

}

}

3.1.3 Pow erM anag er/ ActivityTimer / UserActivity

等待用戶輸入事件，如果用戶有按鍵動(dòng)作，則無(wú)論電源插上與否背光驅(qū)動(dòng)都打開(kāi)，否則，等待超時(shí)事件的發(fā)生， 將背光驅(qū)動(dòng)關(guān)閉。

if ( dw Result = = WAIT_OBJECT _0+ 1 | | dwResult = = WAIT _OBJECT _0 + BL_BUT TONEVT )

{

if ( IsACOn( ) ) {

if ( g_BLIn fo. m_bAC Au t o) {

BL_On( TRUE) ; }

}

else {

if ( g_BLIn fo. m_bBat t eryAut o) {

BL_On( TRUE) ; }

}

}

else if ( dw Result = = WAIT_T IMEOUT ) {

BL_On( FALSE) ;

}

注冊(cè)表的超時(shí)值決定了背光燈的工作時(shí)間。在注冊(cè)表中進(jìn)行如下超時(shí)值的設(shè)置：

[ H KEY_CURRE NT_USER/ Cont rolPanel / Backlight ]

"AC Timeout "= dword: 3c / / 十六進(jìn)制， 十進(jìn)制為60

"Bat t eryT imeout "= dw ord: 1e / / 十六進(jìn)制， 十進(jìn)制為30[!--empirenews.page--]

3.2 創(chuàng)建支持電源管理的背光驅(qū)動(dòng)

要想獲得電源管理的功能支持， 首先要使電源管理器可以識(shí)別背光驅(qū)動(dòng)程序。為此， 背光驅(qū)動(dòng)需要向設(shè)備管理器聲明一個(gè)特殊的代表電源管理的設(shè)備類型的GUID.具體操作是在Active 注冊(cè)表鍵的IClass 表項(xiàng)中增加一個(gè)GUID.在Platform.reg 文件中添加如下：

"IClass "= "{ A32942B7- 920C- 486b - B0E6 - 92A702A99B35} "; Pow er- manageable generi c

3.3 在背光驅(qū)動(dòng)中添加對(duì)I/O 控制代碼( IOCTL) 的支持

在背光驅(qū)動(dòng)被通知為支持電源管理的驅(qū)動(dòng)后， 只需處理來(lái)自電源管理器的DeviceIoControl 調(diào)用。電源管理器使用如表2所示的IOCTL 代碼與背光燈進(jìn)行通信。

表2 電源管理的IOCTL 操作碼

其中IOCTL _ POWER _ CAPABILITIES 是支持任何一個(gè)支持電源管理的流接口驅(qū)動(dòng)程序所必須實(shí)現(xiàn)的。

3.4 IOCTL 代碼的實(shí)現(xiàn)

在驅(qū)動(dòng)程序被加載到系統(tǒng)中的初始階段， 背光驅(qū)動(dòng)首先將設(shè)備電源狀態(tài)置于D0 狀態(tài)， 然后電源管理器通過(guò)IOCTL _POWER _ CAPABILITIES 操作碼調(diào)用它的IOControl 函數(shù)。

在向設(shè)備發(fā)出查詢時(shí)， 背光驅(qū)動(dòng)詳細(xì)的報(bào)告該設(shè)備的電源管理能力， 以便將自己納入到系統(tǒng)的電源管理策略中去。如果本次的查詢電源管理支持能力的操作失敗， 則電源管理器將會(huì)認(rèn)為該設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序不支持其他4 個(gè)電源管理IOCTL 操作碼。具體代碼如下：

cas e IOCT L_POWER_CAPABILIT IES :

{

PPOWER_CAPABILIT IES ppc;

if ( ! pdw ActualOu t | | ! pBufOut | | ( dw LenOut < sizeof

( POWE R_CAPABILITIES) ) )

{

RetVal = FALSE ;

dw Er r = ERROR_INVALID_PARAMET ER;

break;

}

ppc = ( PPOWER_C APABILITIES ) pBufOut ;

m ems et ( ppc, 0, sizeof ( POWER_CAPABILIT IE S) ) ;

ppc- > DeviceDx = 0x11; / / 支持D0, D4 兩種設(shè)備電源狀態(tài)

ppc- > Pow er[ D0] = 25000; / / 25 m = 25000 uA

* pdw ActualOut = siz eof (POWE R_CAPABILITIES) ;

} break;

在初始階段完成后， 電源管理器可以根據(jù)電源管理策略調(diào)用IOCTL _ POWER _ SET 調(diào)整設(shè)備的電源狀態(tài)。在實(shí)現(xiàn)對(duì)IOCTL _ POWER _ SET 支持時(shí)， 開(kāi)發(fā)背光驅(qū)動(dòng)需要注意的是設(shè)備并不一定具備所有五種設(shè)備電源狀態(tài)， 但至少工作在D0狀態(tài)和D4 狀態(tài)。

3.5 休眠和喚醒的處理

電源休眠喚醒是延長(zhǎng)系統(tǒng)電源工作時(shí)間的一項(xiàng)重要技術(shù)。在系統(tǒng)進(jìn)入休眠狀態(tài)時(shí)， 驅(qū)動(dòng)程序應(yīng)該關(guān)閉設(shè)備的電源， 即使該設(shè)備由于應(yīng)用程序的請(qǐng)求不處于D4 狀態(tài)。背光驅(qū)動(dòng)通過(guò)BAK _ Pow erDown 和BAK _ PowerUp 接收系統(tǒng)休眠和喚醒的通知， 這些通知在內(nèi)核調(diào)用OEMPowerOff 之前發(fā)出， 并處于中斷上下文中。

4 背光驅(qū)動(dòng)測(cè)試

將背光驅(qū)動(dòng)打包進(jìn)內(nèi)核鏡像文件， 下載到開(kāi)發(fā)平臺(tái)， 打開(kāi)系統(tǒng)顯示屬性， 在使用電池電源供電的情況下， 如果用戶在30s 之內(nèi)沒(méi)有活動(dòng)， 那么LCD 的背光燈將進(jìn)入空閑狀態(tài); 在使用外部電源供電的情況下， 如果用戶在1 分鐘內(nèi)沒(méi)有活動(dòng)，那么LCD 的背光燈也將進(jìn)入空閑狀態(tài)。

5 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)了一種基于Window s CE 操作系統(tǒng)的嵌入式終端背光驅(qū)動(dòng)的電源管理系統(tǒng)。在分析流接口驅(qū)動(dòng)和WinCE 操作系統(tǒng)電源管理的基礎(chǔ)上， 結(jié)合電源管理的IOCT L 操作碼， 完成了背光驅(qū)動(dòng)電源管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)， 并給出了背光驅(qū)動(dòng)程序電源管理部分實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵性代碼。經(jīng)過(guò)測(cè)試， 背光驅(qū)動(dòng)程序可以有效地控制LCD 背光燈的電力消耗， 也能夠與整個(gè)系統(tǒng)的電源狀態(tài)協(xié)調(diào)一致， 系統(tǒng)對(duì)背光的控制滿足設(shè)計(jì)需求。最后， 本文對(duì)WinCE 操作系統(tǒng)下背光驅(qū)動(dòng)電源管理策略的研究， 對(duì)設(shè)計(jì)其他同類嵌入式終端產(chǎn)品驅(qū)動(dòng)程序的電源管理系統(tǒng)也具有重要的指導(dǎo)意義和參考價(jià)值。