利用MC68HC908开发Pocket PC掌上电脑外设

摘要：概述Pocket PC掌上电脑的软、硬件构架；以一个输入设备的开发应用为例，介绍如何利用Motorola MC68HC908单片机以及Microsoft Embedded Visual Tools编程工具，开发Pocket PC掌上电脑的外设及其驱动程序。 关键词：MC68HC908 Pocket PC Windows CE 外设 目前，Pocket PC掌上电脑正以其强大的多媒体性有和良好的可扩展性，逐步改变人们对于传统PDA的认识。 Pocket PC的应用领域迅速扩展，已经不再局限于日程、记事等简单功能。它能够胜伤从多媒体娱乐、文书处理，到诸如“交警事故的现场处理”等的各种应用。这些，为高效的移动办公、便携式的娱乐等开创了新的局面，同时也是新的市场。因为，每一个新的应用领域的出现，都伴随着相应的外设和应用程序的需求。 本文将以一个输入设备的开发为例，探讨如何利用Motorola MC68HC908单片机以及Microsoft Embedded Visual Tools编程工具，开发Pocket PC掌上电脑的外设及其驱动程序。 1 Pocket PC的软、硬件构架 Pocket PC的生产厂商包括COMPAQ、HP、Toshiba、联想、华硕等待，但其软、硬件构架是基本一致的。 1.1 Pocket PC的硬件构架 Pocket PC的硬件是以Intel StrongARM SA-1110通用处理器为核心来构建的。这是32位的RISC处理器，采用了ARM v4结构及指令系统，具有高性能（在206MHz条件下为2.1MIPS）、低功耗（在206MHz条件下小于400mW）的优点。在该芯片中，除了CPU核心外，还集成了丰富的I/O和系统控制模块。使用SA-1110构建的Pocket PC系统框图如图1所示。 由图1可知：在Pocket PC的构架中，如要扩充外围的输入设备，可用的接口有IrDA、PCMCIA、UART串口，而USB为从接口，不适用。从使用的方便性来讲，以IrDA最好；而从功能的强大性来讲，以PCMCIA最强。但综合考虑开发简便以及成本因素，则是普通串口最合适。 各厂商的Pocket PC产品均具备标准串口，但一般都是将串口与USB等其它接口集成起来，做在一个自定义的接插件标准中。 例如COMPAQ公司的iPAQ系列，就是采用自定义的14引脚插口，其引脚定义可以查阅网上资料iPAQ H3600 Hardware Design Specification。开发外设时，可以将其中与串口相应引脚引出做成RS232插口，也可以直接使用符合该标准的14引脚插头。 1.2 Pocket PC的软件系统 通常所说的“Pocket PC”以及“Pocket PC 2002”平台，就是Windows CE 3.0操作系统针对特定操作产品进行裁剪和开发后的定制化版本。 Windows CE是一种全新构建的嵌入式操作系统，但是它在界面外观以及编程接口上，与Windows NT操作系统极其相似。 基于这种相似性，Microsoft Embedded Visual Tools提供了开发Windows CE平台软件的最佳方案。它包括类似Visual Studio 6.0的C++/Basic开发环境、ARM交叉编译器和链接器、x86平台上的Pocket PC仿真器等等。 2 外设的开发 下面以一个输入设备的开发为例，介绍如何开发Pocket PC掌上电脑的外设及其驱动程序。这是一个简单的按键式输入设备，可以认为是键盘或者游戏手柄。主要是为了解决Pocket PC的手写输入方式，在输入大量方案和进行游戏娱乐时不够方便的问题。 该输入设备硬件部分用MC68HC908GP32型单片机设计实现，其固件程序负责完成扫描输入、编码、串行通信的功能。而Pocket PC上的接口驱动程序用Embedded Visual Tools开发，负责完成串行通信、解码、向系统发出输入消息的功能。此外，还可进一步实现组合按键、定制快捷输入等高级功能。 2.1 硬件开发 整个输入设备以MC68HC908GP32单片机为核心。该型号是Motorola HC08系列的通用型产品，片内资源丰富，功能强大。系统框图如图2所示。 按键的输入，可以使用普通的按键开关，也可以使用阵列的小键盘。按键输入产生的信号，送往GP32的通用I/O口PortA和PortB，其中PortA是键盘模块的接口，可产生键盘中断。 单片机的串口通信，由其SCI异步串行模块外接MAX232实现。 2.2 单片机的固件开发 单片机的固件程序用汇编语言编写，使用P%26;amp;EWIN-IDE编译器进行编译。程序的流程如图3所示。 单片机的初始化，包括对基本配置、SCI串口和时钟TIM1等部分的初始化，如表1所列。 表1 固件程序的初始化 地 址 寄存器 值 描 述 $001E CONFIG1 01 属性设置 $001F CONFIG2 3D $0036 PCTL 71 锁相环（产生2.4576MHz内部总线时钟） $0037 PBWC E0 $0038 PMSH 01 $0039 PMSL 2C $003A PMRS 80 $0013 SCCR1 40 SCI（9600bps双向传输速率） $0014 SCCR2 0C $0019 BAUD 02 $0023 T1MODH 1E TIM1时钟（溢出中断10次/s） $0024 T1MODL 00 $0020 T1SC 55 如流程图所示，固件程序在完成初始化后，就会尝试与Pocket PC建立连接。 在向Pocket PC发送设备标识字节，并且反馈回正确的驱动字节后，认为成功建立了连接。之后，程序置位中断允许位，开始进入空循环方式等待时钟中断。 每次时钟中断发生后，将读取端口状态， 然后进行判别、编码和送。输入的按键消息编码后用两个字节发送、并且附加上发送次序标识。 串口通信使用查询方式，通过反复查询SCI发送和接收器的状态，直到可以发送/接收数据为止。 *发送子程序 SENDATA：BRCLR7，SCS1，SENDATA STA SCDR RTS *接收子程序 GETDATA：BRCLR 5，SCS1，GETDATA LDA SCDR RTS 此外，Pocket PC的外设开发应该做便携、低功耗等方面的考虑。例如，在固件程序等待中断的空循环体，加入一句WAIT指令，即在每次中断调用返回后等待下次中断期间，系统进入WAIT低功耗方式。因为每两次中断的间隔为100ms，而每次调用的中断子程不超过几十条指令，系统绝大部分的时间是等待；所以，这样能够比较明显地降低功耗。 2.3 软件的开发 Pocket PC上的接口驱动软件的开发，包括完成从串口获取数据、解码、向操作系统插入虚拟按键消息以及对于虚拟按键消息的设定等功能。接口驱动程序流程如图4所示。 Windows CE操作系统在编程接口（API）上，保持了与Win32体系的高度兼容。同时，使用Embedded Visual Tools中的C++开发环境与使用VC++6.0具有很大的相似性。 在软件的开发中，使用到的技术主要有串口通信、多线程、发送虚拟按键消息、读写注册表等等。 这些功能都可以通过调用相应的API函数实现，如表2所列。Windows CE是一个全新架构的纯32位系统，它针对有限资源、高稳定度、模块化的需求，对于Win32 API函数作了大量的修改和简化。16位版本的API函数被舍弃，一些API函数对于Windows CE平台无意义的参数被定义为忽略，而且绝大部分API函数的内部实现已经不同于Win32平台了。但是，Windows CE版本的API函数在编程接口上与Win32平台还是保持了基于一致（见表2），因而，有VC++开发经验的人，能够比较快地转向Windows CE的程序设计。 表1 程序使用的API函数 API函数 功 能 注 释 CreateFil() 以文件名为“COM1：”打开串口，返回个文件句柄 ReadFile() 根据文件句柄，从串口读取字节 WriteFile() 根据文件句柄，向串口发送字节 PurgeComm() 清除串口之前的任务和数据 CreateThread() 创建新的线程，一个负责程序界面和主要功能，另一个负责串行通信 keybd_event() 向系统的消息队列中插入自定义的虚拟按键消息，第一个参数是要发送的虚拟按键键码 RegCreateKeyEx() 在注册表指定位置创建一个键，返回键的句柄 RegSetValueEx() 在指定的键内设定一个值 RegOpenKeyEx() 打开指定的键（获得键的句柄） RegQueryValueEx() 关闭已打开的键 接口驱动程序（见图5）在确认设备连接后，从设备获取每次2字节的按键编码，然后将其在程序界面中即时显示出来，并且向Win CE的消息循环中插入相应的虚拟按键消息，供其它应用程序响应；而输入信号对应的按键可以自行定义，并保存在注册表中。 3 总结 在本文基础上，如果采用数/模转换、电机控制等模块作为输入/输出信号，或是采用MC68HC908系列其它型号的单片机，则可以针对不同的需求开发出各种Pocket PC外设，实现如数据采集、测控、通信等各种功能，形成各种新的Pocket PC便携式应用方案。 此外，如果采用μC/OS-II实时操作系统以及IrDA协议栈，还可以开发出基于IrDA接口的PocketPC外设，将更加方便易用。