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    標題:Windows CE下驅動開發基礎

    1樓
    wangxinxin 發表于:2010-11-26 11:07:19
    這是我從1月6日開始主持天極網論壇嵌入式開發版以來第一次發表文章,加上以前瑣碎的文章共計30篇。研究的越多就越感覺自己懂的太少,其實在驅動開發方面我還是個菜鳥,我是想再次拋磚引玉,讓做驅動有N年經驗的人奉獻一點出來,讓大家減少一些研究驅動源碼而又缺少注釋所帶來的痛苦。
      我想即使讀者看過微軟的關于驅動開發的培訓教材和CE幫助文檔中的驅動部分,頭腦中仍然一片茫然。要想真正了解驅動程序必須結合一些驅動程序源碼,在此我以串口驅動程序(COM16550)中初始化過程為線索簡單講一講驅動開發的基礎知識。
    Windows CE下的串口驅動程序能夠處理所有I/O行為類似串口的設備,包括基于16450、16550 UART(通用異步收發芯片)的設備和一些采用DMA的設備,常見的有9針串口、紅外I/O口、Modem等。在%_WINCEROOT%\Public\Common\OAK\Drivers\Serial目錄下,COM_MDD2子目錄包含新的串口驅動MDD層函數代碼。COM16550子目錄包含串口驅動PDD層代碼。SER16550子目錄包含的一系列函數專用于控制與16550兼容的UART,這樣PDD層的主要工作就是調用SER16550中的函數。還有一個ISR16550子目錄包含的是串口驅動程序專用的可安裝ISR(中斷服務例程),而很多硬件設備驅動程序采用CE默認的可安裝ISR giisr.dll。一般串口設備相應的注冊表設置例子及意義如下:
    意義
    "SysIntr"=dword:13 串口1的中斷ID為十進制13
    "IoBase"=dword:02F8 串口1的IO空間首地址為十六進制2F8
    "IoLen"=dword:8 串口1的IO空間長度為8個字節
    "DeviceArrayIndex"=dword:0 串口1的索引,是1的由來
    "Order"=dword:0 串口1驅動的加載順序
    "DeviceType"=dword:0 串口1的設備類型
    "DevConfig"=hex: 10,00 .... 串口1在與Modem設備通訊時的配置,如波特率、奇偶校檢等
    "FriendlyName"="COM1:" 串口1在撥號程序中顯示的名字
    "Tsp"="Unimodem.dll" 串口1 被用于與Modem設備通訊的時候要加載的TSP(TAPI Service provider)DLL
    "Prefix"="COM" 串口1的流接口的前綴
    "Dll"="com16550.Dll" 串口1的驅動程序DLL

      SysIntr由CE在文件Nkintr.h中預定義,用于唯一標識中斷設備。OEM可以在文件Oalintr.h中定義自己的SysIntr。常見的預定義SysIntr有SYSINTR_NOP(中斷只由ISR處理,IST不再處理),SYSINTR_RESCHED(重新調度線程),SYSINTR_DEVICES(由CE預定義的設備中斷ID的基值),SYSINTR_PROFILE、SYSINTR_TIMING、SYSINTR_FIRMWARE等都是基于SYSINTR_DEVICES定義的。IoBase是串口1的IO地址空間的首地址,IoLen是IO空間的大小。IO地址空間只存在于x86平臺,如果在其它平臺硬件寄存器必須映射到物理地址空間,那子鍵的名稱為MemBase和MemLen。在x86平臺更多硬件的寄存器由于IO空間的局限也映射到物理地址空間。DeviceArrayIndex是設備的索引,用于區分同類型的設備。Prefix是流驅動程序的前綴,當應用程序調用CreateFile函數傳遞COM1:參數時,文件系統負責與串口驅動程序通信,串口驅動程序是在CE啟動時由device.exe加載的。

      下面從MDD層函數COM_Init開始探索串口驅動的初始化過程。COM_Init是在串口設備被檢測后由設備管理器device.exe調用的,主要的作用是初始化設備,它的唯一參數Identifier是由device.exe傳遞的,其類型是一個字符串指針,字符串的內容是HLM\Drivers\Active\xx,xx是一個十進制數(device.exe會跟蹤系統中每個驅動程序,把加載的驅動程序記錄在Active鍵下)。COM_Init先分配一個HW_INDEP_INFO結構體,這個結構體是獨立于串口硬件的頭信息(MDD、PDD、SER16550都包含自己獨特的結構體,具體的結構體定義請參見串口驅動源碼),分配之后再初始化結構體中每個成員,初始化結構體后調用 OpenDeviceKey((LPCTSTR)Identifier)打開HLM\Drivers\Active\xx\Key包含的注冊表路徑,在這里路徑一般為HLM\Drivers\BuiltIn\Serial,即串口的驅動程序信息在注冊表中所處的位置。COM_Init接著在HLM\Drivers\BuiltIn\Serial下查詢DeviceArrayIndex、Priority256的值,Priority256指定了驅動程序的優先級,如果沒有就用默認的優先級。接下來調用GetSerialObject(DeviceArrayIndex),這個函數由PDD層定義,返回HWOBJ結構體,這個結構體主要包含PDD層和SER16550定義的函數的指針。也就是說MDD通過調用這個函數才能調用底層實現的函數。接下來的大多數工作都是調用底層函數實現初始化。第一個調用的底層函數SerInit主要設置由用戶設置的硬件配置,例如線路控制、波特率。它調用Ser_GetRegistryData函數得到保存在注冊表中的硬件信息,Ser_GetRegistryData在內部調用系統提供的DDKReg_GetIsrInfoDDK和DDKReg_GetWindowInfo函數得到在HLM\Drivers\BuiltIn\Serial下保存的IRQ、SysIntr、IsrDll、IsrHandler、IoBase、IoLen。IRQ是邏輯中斷號,IsrDll表示當前驅動程序的可安裝ISR所在的DLL名稱,IsrHandler 表示可安裝ISR的函數名稱。在這里順便提一下可安裝ISR,讀者在我以前發表的關于OAL的文章中可以了解到OEM在OEMInit函數中關聯IRQ和SysIntr,當硬件設備發生中斷時,ISR會禁止同級和低級中斷,然后根據IRQ返回關聯的SysIntr,內核根據ISR返回的SysIntr喚醒相應的IST(SysIntr與IST創建的Event關聯),IST處理中斷之后調用InterruptDone解除中斷禁止。在OEMInit中關聯的缺點是一旦編譯了CE內核后就無法添加這種關聯了,而一些硬件設備會隨時插拔或者共享中斷,要關聯這樣的硬件設備解決方法就是可安裝ISR,可安裝ISR專用于處理指定的硬件設備發出的中斷,所以如果硬件設備需要可安裝ISR必須在注冊表中添加IsrDll、IsrHandler。多數硬件設備采用CE默認的可安裝ISR giisr.dll,格式如下:

     "IsrDll"="giisr.dll"
    
    "IsrHandler"="ISRHandler"

      如果一個硬件驅動程序需要可安裝ISR而開發者又不想自己寫一個,那么可以利用giisr.dll來實現。除了在注冊表中添加如上所示外,還要在驅動程序中調用相關函數注冊可安裝ISR。偽代碼如下:

    g_IsrHandle = LoadIntChainHandler(IsrDll, IsrHandler, (BYTE)Irq);
    
    GIISR_INFO Info;
    
    PHYSICAL_ADDRESS PortAddress = {PhysAddr, 0};
    
    TransBusAddrToStatic(BusType, dwBusNumber, PortAddress, dwAddrLen, &dwIOSpace, &(PVOID)PhysAddr)
    
    Info.SysIntr = dwSysIntr;
    
    Info.CheckPort = TRUE;
    
    Info.PortIsIO = (dwIOSpace) ? TRUE : FALSE;
    
    Info.UseMaskReg = TRUE;
    
    Info.PortAddr = PhysAddr   0x0C;
    
    Info.PortSize = sizeof(DWORD);
    
    Info.MaskAddr = PhysAddr   0x10;
    
    KernelLibIoControl(g_IsrHandle, IOCTL_GIISR_INFO, &Info, sizeof(Info), NULL, 0, NULL);

      LoadIntChainHandler函數負責注冊可安裝ISR,參數1為DLL名稱,參數2為ISR函數名稱,參數3為IRQ。TransBusAddrToStatic函數在后面講。如果要利用giisr.dll作為可安裝ISR,必須先填充GIISR_INFO結構體,CheckPort=TRUE表示giisr要檢測指定的寄存器來確定當前發出中斷的是否是這個設備。PortIsIO表示寄存器地址屬于哪個地址空間,FALSE表示是內定空間,TRUE表示IO空間。UseMaskReg=TRUE表示設備有一個掩碼寄存器,專用于指定當前設備是否是中斷源,也就是發出中斷,而MaskAddr表示掩碼寄存器的地址。如果對Info.Mask賦值,那么PortAddr表示一個特殊的寄存器地址,這個寄存器的值與Mask的值&運算的結果如果為真,則證明當前設備是中斷源,否則返回SYSINTR_CHAIN(表示當前ISR沒有處理中斷,內核將調用ISR鏈中下一個ISR),如果UseMaskReg=TRUE,那么MaskReg寄存器的值與PortAddr指定的寄存器的值&運算的結果如果為真,則證明當前設備是中斷源。
      函數SerInit接著調用函數Ser_InternalMapRegisterAddresses轉換IO地址并且映射地址,Ser_InternalMapRegisterAddresses在內部調用系統提供的HalTranslateBusAddress(Isa, 0, ioPhysicalBase, &inIoSpace, &ioPhysicalBase)函數將與總線相關的地址轉換為系統地址,參數1為總線類型,參數2為總線號,參數3為要轉換的地址(PHYSICAL_ADDRESS類型,實際是LARGE_INTEGER型),參數4指定寄存器地址屬于IO地址空間還是物理地址空間,參數5返回轉換后的物理地址。觀察HalTranslateBusAddress的源碼得知如果是在x86平臺,這個函數除了把參數3賦給了參數5其余什么都沒有做,而非x86平臺將inIoSpace的值置為0,表示一定是物理地址。在調用HalTranslateBusAddress前要確定從注冊表中得到的寄存器地址到底是屬于哪個地址空間的

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