WinCE串口驅(qū)動(dòng)分析

 串行通訊接口是目前十分流行的通訊接口之一，串口通訊也已是普遍的標(biāo)準(zhǔn)而被大家廣為熟悉。

基本架構(gòu)

在WinCE中，串口的驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)是有固定模型的，其串口模型遵循ISO/OSI網(wǎng)絡(luò)通訊模型。在典型的應(yīng)用中，serialAPI與間接通過TAPI或直接與ActiveSync交互，組成CE網(wǎng)絡(luò)的一部分。其實(shí)整個(gè)驅(qū)動(dòng)模型是相當(dāng)復(fù)雜的，好在驅(qū)動(dòng)僅僅使用到SerialAPI這一層，在這個(gè)層次上串口的行為相對(duì)比較簡單。在WinCE中，串口驅(qū)動(dòng)模型是作為Stream來實(shí)現(xiàn)的(即：流設(shè)備驅(qū)動(dòng))，其架構(gòu)如圖所示：

串口驅(qū)動(dòng)本身分為MDD層和PDD層。

MDD提供框架性的實(shí)現(xiàn)，負(fù)責(zé)提供OS所需的基本實(shí)現(xiàn)，它對(duì)上層的設(shè)備管理器，提供了標(biāo)準(zhǔn)的流設(shè)備驅(qū)動(dòng)接口(COM_xxx);而PDD提供了對(duì)硬件操作相應(yīng)的代碼，它實(shí)現(xiàn)了HWOBJ結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)中若干針對(duì)于串口硬件操作的函數(shù)指針。

DDSI是指MDD與PDD兩個(gè)部分之間的接口，這個(gè)接口是人為的規(guī)定的，在串口驅(qū)動(dòng)中實(shí)際上就是指HWOBJ，PDD層會(huì)傳給MDD層一個(gè)HWOBJ的結(jié)構(gòu)指針，這樣MDD層就可以調(diào)用PDD層的函數(shù)來操作串口。在實(shí)際的驅(qū)動(dòng)應(yīng)用中僅僅需要實(shí)現(xiàn)HWOBJ相關(guān)的一系列函數(shù)，而無需從驅(qū)動(dòng)頂層完全開發(fā)。

通常的串行連接有3wire和9wire兩種。3wire的接線方式下定義了發(fā)送、接收和地三根連接。而在9wire中將串行連接定義為如下形式。

這就是在原3wire的基礎(chǔ)上增加了DCD、DTR、DSR、RTS、CTS、DELL六個(gè)控制線。其中RTS/CTS用于流控制，另外的DCD和DELL則留作連接modem使用。有了專門的硬件流控制引腳也就使得流控制成為可能，以完成收發(fā)兩端的匹配使得數(shù)據(jù)可以可靠的傳輸，即實(shí)現(xiàn)了流控制，保障了數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐陚湫浴?/p>

其他幾個(gè)引腳都是與modem相關(guān)的，DSR數(shù)據(jù)裝置準(zhǔn)備好用于表明MODEM處于可以使用的狀態(tài)。

函數(shù)分析

1、HWOBJ

HWOBJ是相應(yīng)的硬件設(shè)備操作的抽象集合，實(shí)現(xiàn)了對(duì)串口硬件的操作，并在MDD層被調(diào)用。

typedef struct __HWOBJ {

ULONG BindFlags;.

DWORD dwIntID;

PHW_VTBL pFuncTbl;

} HWOBJ, *PHWOBJ;

其中，BandFlags用于控制MDD層指定IST的啟動(dòng)時(shí)間，MDD正是通過這些函數(shù)來訪問具體的PDD操作。

dwInitID是系統(tǒng)的中斷號(hào)。

pFuncTbl則是指向一個(gè)PHW_VTBL結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)中包含一個(gè)函數(shù)指針列表，這些函數(shù)指針指向串口硬件操作函數(shù)，用于操作串口。

2、MDD

MDD層向上提供了流設(shè)備接口，用于管理串口，由Device.exe直接調(diào)用。

? COM_Init (ULONG Identifier)：

它是該驅(qū)動(dòng)的初始化函數(shù)，通過硬件抽象接口HWInit初始化硬件。如果驅(qū)動(dòng)被設(shè)備管理器加載，參數(shù)Identifier包含一個(gè)注冊(cè)表鍵值在“HKEY_LOCAL_MACHINE\Drivers\Active”的路徑下。

? COM_Deinit(void)：

當(dāng)驅(qū)動(dòng)被稱被卸下的時(shí)候該事件啟動(dòng)，用作與COM_Init相反的操作。停止在MDD中的所有IST，釋放內(nèi)存資源和臨界區(qū)等系統(tǒng)資源。

? COM_Open(HANDLE pContext, DWORD AccessCode, DWORD ShareMode)：

COM_Oepn在CreateFile后被調(diào)用，用于以讀/寫模式打開設(shè)備，并初始化所需要的空間/資源等，創(chuàng)建相應(yīng)的實(shí)例。Open操作完成后，驅(qū)動(dòng)就進(jìn)入了工作狀態(tài)。

? COM_Close(DWORD pContext)：

COM_Close釋放COM_Open所使用的系統(tǒng)資源，停止IST線程，恢復(fù)驅(qū)動(dòng)狀態(tài)。

? COM_Read(HANDLE pContext, PUCHAR pTargetBuffer,

ULONG BufferLength, PULONG pBytesRead)：

COM_Read是獲取串口所接收到數(shù)據(jù)的操作，在前面的IST中沒有看到對(duì)RX buffer進(jìn)行修改Read標(biāo)記的操作，也就是這兒來完成的。

? COM_Write(HANDLE pContext, PUCHAR pSourceBytes,

ULONG NumberOfBytes)：

COM_Write是與COM_Read相對(duì)應(yīng)的操作，是寫串口數(shù)據(jù)的。應(yīng)用程序調(diào)用WriteFile函數(shù)寫串口的時(shí)候，該函數(shù)被調(diào)用。在程序的開始，同樣也是參數(shù)檢查，內(nèi)容與COM_Read一致。其中pContext參數(shù)是COM_Open函數(shù)返回的Handle。pSourceBytes指向一個(gè)Buffer，該Buffer包含要寫入串口的數(shù)據(jù)。NumberOfBytes表示要寫入串口的數(shù)據(jù)的大小。

? COM_PowerUp/ COM_PowerDown (HANDLE pContext)：

這兩個(gè)函數(shù)的調(diào)用都由CE的電源事件來引發(fā)，MDD并沒有對(duì)這兩個(gè)函數(shù)進(jìn)行處理，僅僅是將其傳遞給PDD。

? COM_IOControl (DWORD dwOpenData, DWORD dwCode, PBYTE pBufIn, DOWRD dwLenIn, PBYTE pBufOut, DWORD dwLenOut, PDWORD pdwActualOut)：

該函數(shù)主要實(shí)現(xiàn)了一些串口的IO控制，他會(huì)被應(yīng)用層的一些串口函數(shù)調(diào)用來獲得或者設(shè)置串口的狀態(tài)。

3、PDD

實(shí)際上，在PDD層的主要工作就2個(gè)：一是控制硬件;二是和上層打好關(guān)系。先說上層接口，上層用了GetSerialHead()來獲得接口，所以PDD里面要實(shí)現(xiàn)GetSerialHead()的函數(shù)，并且將接口返回給上層。

GetSerialObject( DWORD DeviceArrayIndex )

{

PHWOBJ pSerObj;

pSerObj=(PHWOBJ)LocalAlloc( LPTR ,sizeof(HWOBJ) );

if ( !pSerObj )

return (NULL);

pSerObj->BindFlags = THREAD_IN_PDD;

pSerObj->dwIntID = DeviceArrayIndex;

pSerObj->pFuncTbl = (HW_VTBL *) & IoVTbl;

return (pSerObj);

}

PDD層的函數(shù)主要是實(shí)現(xiàn)了對(duì)串口硬件的操作，函數(shù)不少，可以參考以下列表：

非獨(dú)占式串口驅(qū)動(dòng)

用過串口進(jìn)行過開發(fā)的兄弟們都知道，串口驅(qū)動(dòng)是一個(gè)典型的獨(dú)占設(shè)備。簡單點(diǎn)來說，就是在成功地調(diào)用CreateFile打開串口之后，沒有通過CloseHandle進(jìn)行關(guān)閉，是無論如何都不能再次調(diào)用CreateFile來再次打開相同的串口，這樣做可以避免產(chǎn)生數(shù)據(jù)丟失，也避免獲取數(shù)據(jù)的線程是反復(fù)讀取。

但是現(xiàn)在的嵌入式設(shè)備功能都非常多，需要非獨(dú)占式串口驅(qū)動(dòng)，也就是虛擬串口驅(qū)動(dòng)。它主要是處理數(shù)據(jù)的分發(fā)，可以和具體的硬件分開，優(yōu)勢也很明顯，可以不用理會(huì)具體的硬件規(guī)格，只要采用的是WinCE系統(tǒng)，虛擬串口驅(qū)動(dòng)就能正常工作。

在設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)的時(shí)候需要注意，同一時(shí)間只能有一個(gè)進(jìn)程對(duì)外輸出數(shù)據(jù)，其余進(jìn)程只能在該進(jìn)程輸出完畢之后才能進(jìn)行。當(dāng)然，程序不應(yīng)該主動(dòng)調(diào)用ReadFile來輪詢獲取數(shù)據(jù)，而是通過WaitCommEvent進(jìn)行檢測。為了不丟失數(shù)據(jù)，緩沖大小一定要等于或大于READ_BUFFER_LENGTH。

在寫代碼的時(shí)候需要注意一點(diǎn)，WaitCommEvent函數(shù)只能被一個(gè)線程調(diào)用，同一時(shí)間只有唯一的一個(gè)線程通過WaitCommEvent函數(shù)進(jìn)入等待狀態(tài)。因此對(duì)于IOCTL_SERIAL_WAIT_ON_MASK控制碼的處理，可以通過調(diào)用WaitForSingleObject進(jìn)行線程等待。這時(shí)虛擬串口驅(qū)動(dòng)會(huì)額外開放一個(gè)線程，該線程主要是通過調(diào)用WaitCommEvent來獲取原生串口的狀態(tài)，當(dāng)狀態(tài)有通知時(shí)，再發(fā)送event給等待的線程。

switch(xxxx){

...

case IOCTL_SERIAL_WAIT_ON_MASK:

{ if(dwBufOutSize < sizeof(DWORD) ||

WaitForSingleObject(g_hEventComm,INFINITE) == WAIT_TIMEOUT)

{ *pBytesReturned = 0;

return FALSE;

} else {

InterlockedExchange(reinterpret_cast(pBufOut), dwEvtMask);

*pBytesReturned = sizeof(DWORD);

return TRUE;

}

}...

多串口擴(kuò)展

在WinCE應(yīng)用環(huán)境中，對(duì)擴(kuò)展的多串口的編程方法，實(shí)際上與標(biāo)準(zhǔn)的串口應(yīng)用程序完全一樣。[!--empirenews.page--]

注意在打開串口號(hào)大于9的串口時(shí)，需要使用“\\$device\\COMxx”，而不是通常的“COMx:”。

考慮到共享中斷的異步特性，各個(gè)串口可能同時(shí)請(qǐng)求中斷，從而產(chǎn)生極高的中斷頻率，所以建議客戶把低波特率的串口通道，如9600bps或以下的波特率，配置在擴(kuò)展串口上，以均衡CPU對(duì)各個(gè)硬件設(shè)備的開銷;相應(yīng)地把需要使用高波特率的通道配置到嵌入式主板自帶的串口通道上，比如：EM9360的COM2-COM7，這些串口均配置有獨(dú)立的硬件中斷。

在WinCE標(biāo)準(zhǔn)的串口驅(qū)動(dòng)程序中，為每個(gè)串口分配了2KB的接收數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，所以各個(gè)串口上層處理線程可參考buffer的深度，采用合適的響應(yīng)方式，以最大限度的避免線程空轉(zhuǎn)所帶來的CPU時(shí)間的無謂消耗。

WinCE下的驅(qū)動(dòng)開發(fā)減少了開發(fā)者的工作量，不過其中還存在很多細(xì)節(jié)性的問題，動(dòng)手實(shí)踐中就能慢慢體會(huì)到了。