WinCE內核動態加載GPIO端口驅動的設計方法

龔松顯，王光輝

（總參通信訓練基地教研部，宣化075100）

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，在實現上主要依托Platform Builder編譯環境將驅動程序編譯成動態鏈接庫，并整合到WinCE內核中。但在實際項目的開發中，Platform Builder在驅動程序的開發和調試上不夠便捷，且在整合動態鏈接庫和WinCE內核時，需要進行繁瑣的參數配置，整個過程較為復雜。筆者以飛凌S3C2440開發板為例，給出在Visual Studio編譯環境中采用動態加載方式來設計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［1－2］，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 編寫驅動實現代碼

WinCE流式驅動實質上是按照固定的流函數接口實現的一個動態鏈接庫［2］。在實現時，創建相關的.cpp文件、.h文件和.def文件，根據需要實現xxx＿Init、xxx＿Read、xxx＿Write等流接口函數即可。

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編譯環境實現對驅動代碼和內核的編譯、整合。具體包括：

① 創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，Platform Builder在編譯時按照配置的參數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編譯環境。Platform Builder編譯環境雖然也能實現對驅動程序的編譯和后期調試，但在實際工程項目的開發中適用面不廣，在使用操作、功能提供等方面均不如Visual Studio，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，需要開發者較為熟悉Platform Builder編譯環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［3］，而大多數開發者對此基本上處于“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編譯環境中配置相關的參數，將驅動程序的動態鏈接庫文件編譯到WinCE內核中。實際上，WinCE內核具有動態加載（卸載）驅動文件的能力，驅動文件可以在需要的時候動態加載進WinCE內核中，在不需要的時候卸載掉［4］。開發者可以使用Visual Studio編譯環境替代Platform Builder編譯環境，在Visual Studio中通過調用相關的WinCE API來實現對驅動文件的加載、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 具體實現步驟

在WinCE中，主要通過RegisterDevice和Deregister－Device兩個函數實現WinCE內核對GPIO端口驅動的動態加載和卸載，其中RegisterDevice函數負責加載設備驅動，DeregisterDevice函數負責卸載設備驅動［5］。在程序設計時，端口驅動程序的開發仍然采用流驅動的設計方式，但編譯環境使用Visual Studio。生成驅動動態鏈接庫文件后將其部署在開發板適當的路徑下，然后在WinCE程序中動態加載（卸載）該dll文件。筆者使用飛凌S3C2440開發板，創建了一個WinCE對話框程序，通過點擊相關按鈕可以實現加載（卸載）GPIO端口驅動、點亮（熄滅）LED燈。圖1是本程序的運行界面。

圖1 動態加載驅動的程序運行界面

相關的要點代碼及解釋如下（暫不考慮程序的異常處理）。

（1）端口驅動動態鏈接庫的創建及生成

使用Visual Studio編譯環境創建一個常規的動態鏈接庫工程，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，生成的動態鏈接庫文件名為 GPI.dll。

（2）端口驅動動態鏈接庫的注冊及加載

調用RegisterDevice函數后，即將步驟1中生成的動態鏈接庫文件注冊到注冊表中，并加載進WinCE內核。在使用該函數時需要注意，在WinCE應用程序中需要獲取該驅動動態鏈接庫文件的絕對路徑。因此，開發者在部署WinCE應用程序和端口驅動動態鏈接庫時，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方式一致，根據需要調用CreateFile、WriteFile、ReadFile等函數即可，相關代碼這里不再給出。

（4）端口驅動動態鏈接庫的卸載

當不需要該設備驅動時，調用DeregisterDevice函數即可實現對動態鏈接庫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 設計方法的優點

在WinCE內核動態加載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，整個開發過程不再涉及Platform Builder編譯環境的使用。開發者只需要將注意力集中在Visual Studio創建端口驅動文件和WinCE應用程序的開發上，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和調試。

結 語

本文介紹了基于ARM＋WinCE進行項目開發過程中動態加載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，具有一定的借鑒意義。

［1］羅家兵，滕少華，張巍，等.WinCE.NET下流接口驅動研究與實現［J］.微計算機信息，2007，23（9）：229－292.

［2］楊澤輝，徐燕玲，劉碧君，等.基于嵌入式 WinCE的GPIO驅動開發［J］.太原科技大學學報，2010，31（6）：446－448.

［3］周建設.Windows CE設備驅動及BSP開發指南［M］.北京：中國電力出版社，2009.

［4］林濤.嵌入式操作系統 Windows CE的研究［J］.微計算機信息，2006（6－2）：91－93.

［5］張歡，鈕文良.Windows CE系統開發基礎與實例［M］.北京：中國電力出版社，2010.