Windows C E的 中斷處理及中斷流驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)

引 言
    近年來，隨著硬件復(fù)雜性、多樣性和應(yīng)用復(fù)雜性的增加，軟件開發(fā)工作量急劇增長，傳統(tǒng)的開發(fā)模式已經(jīng)不能適應(yīng)系統(tǒng)z雜性的增長。而嵌入式操作系統(tǒng)是嵌入式軟件的運(yùn)行平臺(tái)和開發(fā)平臺(tái)，它的引入極大地提高了軟件的開發(fā)效率，方便了軟件的維護(hù)。Windows CE是Microsoft公司順應(yīng)計(jì)算技術(shù)小型化、分散化趨勢而推出的搶占式多任務(wù)32位嵌入式操作系統(tǒng)，具有強(qiáng)大的通信功能。Windows CE已得到大量廠商的支持，支持它的微處理器包括：MIPS系列、ARM系列、日立的SH系列等。各種處理器都有豐富的外部中斷源，中斷源和操作系統(tǒng)之間通常采用中斷機(jī)制來控制數(shù)據(jù)的交互。硬件廠商沒有為一些外部中斷源提供Windows CE下的驅(qū)動(dòng)，所以有時(shí)驅(qū)動(dòng)成為項(xiàng)目開發(fā)關(guān)鍵的一環(huán)。

1 Windows CE中斷處理
1．1 中斷產(chǎn)生
    在Windows CE中，系統(tǒng)的中斷分為兩種：軟中斷和硬中斷。軟中斷是一種“信號(hào)機(jī)制”，而不是由軟件產(chǎn)生的中斷信號(hào)。硬中斷通常是外部設(shè)備對CPU發(fā)出中斷信弓。一般來說，軟中斷是由操作系統(tǒng)內(nèi)核機(jī)制的事件產(chǎn)生的，例如定時(shí)器超叫，但是有的軟中斷由和硬件有關(guān)的中斷引起。例如，當(dāng)外部產(chǎn)生一個(gè)硬中斷時(shí)，會(huì)產(chǎn)生和硬件相關(guān)的一個(gè)軟中斷，這樣內(nèi)核就會(huì)在適當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)處理這個(gè)軟中斷，喚醒睡眠在相應(yīng)任務(wù)隊(duì)列中的處理例程。
1．2 中斷處理模型
    Windows CE提供了一個(gè)有效的中斷處理機(jī)制，它把對中斷的處理分為兩部分：中斷服務(wù)例程(ISR)和中斷服務(wù)線程(IST)。ISR通常要求短小精悍，效率要求很嚴(yán)格。它只決定該怎樣處理這個(gè)中斷，一般情況下不應(yīng)該做太多的工作。大部分工作依靠IST處理，如將數(shù)據(jù)移到緩存或處理用戶某些特殊要求的工作。Windows CE中斷處理模型如圖1所示。

1．3 中斷處理過程
    Windows CE支持兩種ISR：靜態(tài)ISR和可安裝ISR。靜態(tài)ISR只能靜態(tài)地編譯進(jìn)內(nèi)核，運(yùn)行時(shí)不能改變。與IST通信時(shí)，它也只能是單向的，即由ISR到IST。靜態(tài)ISR支持嵌套中斷，并且使用內(nèi)核堆棧?？砂惭bISR由內(nèi)核管理程序從動(dòng)態(tài)鏈接庫中加載。和靜態(tài)ISR不同，它和IST的通信是雙向的，多個(gè)ISR可以與同一個(gè)中斷請求相關(guān)聯(lián)，系統(tǒng)按照加載驅(qū)動(dòng)的順序依次調(diào)度。在可安裝ISR中，共享內(nèi)存的使用也比較靈活。圖2為中斷處理過程。

    對圖2的中斷處理過程作以下幾點(diǎn)解釋：
    ①當(dāng)內(nèi)核的異常處理代碼接收到一個(gè)來自硬件的中斷時(shí)，內(nèi)核會(huì)偵測到一個(gè)異常情況發(fā)生，并會(huì)提交這個(gè)硬件中斷。
    ②內(nèi)核的中斷支持處理器通知ISR去禁止該中斷的重復(fù)提交，直到相關(guān)的中斷處理全部完成后，才再度使能該中斷。還會(huì)通知硬件屏蔽優(yōu)先級(jí)別低的中斷，直到必需的處理結(jié)束后，再重新打開被屏蔽的中斷。在這個(gè)過程中，允許高優(yōu)先級(jí)中斷觸發(fā)。
    ③異常處理器調(diào)用ISR來響應(yīng)中斷。
    ④內(nèi)核接收ISR返回值，依據(jù)該返回值決定如何處理中斷。
    ⑤內(nèi)核觸發(fā)中斷支持管理器來喚醒中斷服務(wù)線程(IST)并激活該線程。
    ⑥當(dāng)中斷服務(wù)線程(IST)被喚醒后，它開始處理相應(yīng)的中斷。
    ⑦如果需要，中斷服務(wù)線程調(diào)用各種I／0例程訪問硬件來完成工作。
    ⑧中斷處理結(jié)束后調(diào)用InterruptDone函數(shù)通知內(nèi)核。 
    ⑨內(nèi)核調(diào)用OEMInterruptDone完成整個(gè)中斷處理過程，0AL通知底層硬件使能所有中斷。

2 中斷流驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)
2．1 驅(qū)動(dòng)的概念
    驅(qū)動(dòng)程序是一個(gè)軟件模塊，其功能就是對設(shè)備、協(xié)議甚至某些服務(wù)進(jìn)行管理。驅(qū)動(dòng)程序是直接和設(shè)備進(jìn)行通信的部分，設(shè)備可以是物理設(shè)備或邏輯設(shè)備。
    流接口的驅(qū)動(dòng)是基本的設(shè)備驅(qū)動(dòng)類型，它實(shí)現(xiàn)一組固定的流接口函數(shù)。所有流接口驅(qū)動(dòng)程序使用相同的接口并調(diào)用同一個(gè)函數(shù)集——流接口函數(shù)，大部分WindowsCE設(shè)備驅(qū)動(dòng)都可用此模型來實(shí)現(xiàn)。流接口驅(qū)動(dòng)程序由設(shè)備管理程序(Device．exe)自動(dòng)加載、管理和卸載，也可以通過API函數(shù)手動(dòng)加載、管理和卸載。
2．2 設(shè)計(jì)方法
    Windows CE提供了幾種基于等待隊(duì)列的進(jìn)程間通信手段，其中事件在驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)中經(jīng)常被用來引發(fā)某一個(gè)中斷處理。中斷是Windows CE驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵之一，驅(qū)動(dòng)程序需要實(shí)現(xiàn)特定設(shè)備的中斷響應(yīng)、中斷引發(fā)的數(shù)據(jù)傳送和處理。可以把外設(shè)中斷時(shí)所需處理的任務(wù)封裝到流接口函數(shù)中，應(yīng)用程序使用Windows CE操作系統(tǒng)的文件API函數(shù)與流接口進(jìn)行通信，從而達(dá)到應(yīng)用程序訪問驅(qū)動(dòng)程序和操作硬件的目的。
    本文以KEYl按鍵連接到S3C2440外部中斷EINTl(GPFl)引腳的按鍵電路為例，給出中斷流接口驅(qū)動(dòng)程序的一般設(shè)計(jì)方法，電路原理圖如圖3所示。

    流接口驅(qū)動(dòng)程序的入口點(diǎn)函數(shù)、調(diào)用方式以及每個(gè)函數(shù)實(shí)現(xiàn)的功能如表1所列Ⅲ。其中電源管理函數(shù)，即EIT—PowerDown和EIT_PowerUp是可選的，這里沒有調(diào)用。
2．3 編寫代碼
    在三星公司BSP包驅(qū)動(dòng)程序的存放位置下新建一個(gè)目錄EINT，用文本編輯器建立5個(gè)文本文件，文件名分別為EINTl．c、EINTl．h、EINTl.def、sources、makefile。
    從表1可以看出，驅(qū)動(dòng)程序大部分功能都是在EIT_Init()函數(shù)中完成的，在EINTl．c文件中編寫EIT_Init()函數(shù)，如下所示。[!--empirenews.page--]

    EIT_Init()函數(shù)中創(chuàng)建了外部中斷EINTl中斷服務(wù)線程gEINTIntrThread具體代碼如下所示。該函數(shù)首先創(chuàng)建外部中斷事件gWaitEvent(用于ISR通知IST外部中斷EINTl中斷觸發(fā))，然后調(diào)用內(nèi)核函數(shù)InterruptInitialize()與gWaitEvent關(guān)聯(lián)起來，并使能該中斷。當(dāng)該中斷觸發(fā)時(shí)，ISR就觸發(fā)事件gWaitEvent生效。完成以上工作后，該線程就進(jìn)入無限循環(huán)，等待gWaitEvent事件生效。

    其他幾個(gè)流接口函數(shù)編程簡單，這里不作詳細(xì)敘述。參考驅(qū)動(dòng)目錄下其他驅(qū)動(dòng)完成sources、makefile和EINT．def文件的編寫，當(dāng)EINT目錄下的5個(gè)文件都編寫好后，在Platform Build 5．O編譯后，用Windows CE附帶的dumpbin工具(在Build菜單下)輸入命令：dlampbin／exports EINTl．dll，輸出結(jié)果如圖4所示，導(dǎo)出了表1所列的流接口函數(shù)。

結(jié) 語
    Windows CE采用中斷方式處理外部設(shè)備的隨機(jī)輸入，提高了CPU的運(yùn)行效率。本文用一個(gè)實(shí)例對中斷流驅(qū)動(dòng)程序的開發(fā)進(jìn)行了介紹，只需在此驅(qū)動(dòng)程序的基礎(chǔ)上稍作修改就可完成其他中斷的驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)。驅(qū)動(dòng)程序編譯成功后，通過進(jìn)一步修改BSP的FILES目錄下的platform．bib和platform．reg文件，可將驅(qū)動(dòng)加入到操作系統(tǒng)中。