基于嵌入式的故障诊断专家系统驱动程序设计

电子设备的故障诊断系统大多采用由传感器、工业PC、工业以太网、远程专家组成的诊断模式。现有诊断现场仪器众多、连接复杂，使得系统可靠性和稳定性难以得到保证。另一方面，要求诊断人员具备专业知识，其中包括各类传感器的固定、连接与信号处理，难以实现“现场无人，远程诊断”目标。因此有必要从现有的硬件和软件组成模式的角度出发，探索一种新的诊断系统组成模式。本文设计了基于嵌入式的故障诊断专家系统，使得对电子设备的检测及维修变得更为方便有效。
    本文根据实际需要选取Windows CE．Net作为本系统的操作系统平台。在Windows CE嵌入式系统的平台开发中，设备驱动程序的开发是其很重要的一部分，它们用于驱动嵌入式系统硬件平台上的各个设备接口。根据定制的硬件系统，本文对操作系统的键盘驱动程序、触摸屏、LCD驱动、电源管理及其它的相关驱动程序进行了开发。

1 Windows CE．Net操作系统
    Windows CE．Net是微软公司在嵌入式操作系统市场上一个重要产品，第1个版本于1996年发布。Windows CE．Net是针对有限资源的平台而设计的32位、多线程、完整优先权、多任务的嵌入式操作系统。
    Windows CE．Net一个突出的特点——模块化。利用这个特点，选择、组合和配置Windows CE．Net的各个模块和组件来创建用户版的操作系统，即Windows CE．Net的模块化设计使得它能够在大量的平台上定制使用，从客户电子设备到专用的工业控制器。
    Window CE．Net操作系统的基本内核需要至少200 kB的ROM，它支持Win32 API子集、多种用户界面硬件、多种的串行和网络通讯技术、COM／OLE和其他的进程间通讯的先进方法，借助Windows CE开发者就能利用大量其他的编程资源、工具、软件例子以及文档来进行Windows CE．Net开发工作。Micmsoft公司为Windows CE．Net提供了PlatformBuilder和Embedded Visual Studio开发工具。
    Windows CE．Net有五个主要的模块：内核模块、内核系统调用接口模块、文件系统模块、图形窗口和事件子系统模块、通讯模块。其最大的特点是能提供与PC机类似的图形界面和主要的应用程序。Windows CE．Net嵌入式操作系统的界面显示大多数在Windows里出现的标准部件，包括桌面、任务栏、窗口、图标和控件等。这样只要是对PC机上的Windows比较熟悉的用户，可以很快地使用基于Windows CE．Net嵌入式操作系统的嵌入式设备。

2 WindOWS CE．Net平台下的驱动开发
    Windows CE．Net的分层结构给驱动程序的开发带来极大的方便，使得驱动开发只需要针对不同的BSP进行修改，很大程度上减少了开发的工作量。而完成这一工作需要了解两部分的内容，分别是：Windows CE．Net的中断机制和Windows CE．Net．的层次模型。
2．1 Windows CE．Net的中断机制
    Windows CE．Net系统的大多数外围设备都是通过产生中断从操作系统获得服务的，如PC卡、板上定时器、键盘、触摸屏等。当设备需要驱动程序服务时，基于Windows CE．Net的平台使用中断信号通知操作系统。
    Windows CE．Net把中断处理分成两部分：内核模式的中断服务程序(Interrupt Serice Routine，ISR)和用户模式的中断服务线程(Int-errupt Setice Thread，IST)。ISR通常都比较短，是快速的汇编代码，一般在0AL层代码中，能够直接访问硬件注册表。ISR的唯一任务就是向操作系统返回逻辑中断标志符。中断服务线程(IST)是用户模式线程，在IST中完成大多数中断处理。IST在大多数时间里是空闲的，只有当从函数WaitForSingeObiect()得到中断已经发生的信号后，IST被唤醒去处理它需要处理的中断。通过相关联的带有中断标志的事件可以完成这些。IST需要首先创建一个事件并且用逻辑中断与它相联系。当中断过程完成时，IST应该通知内核重新使能中断。[!--empirenews.page--]
2．2 Windows CE．Net的驱动模型
    Windows CE．Net所有驱动都以动态链接库(DLL)的形式存在，在驱动的实现过程中可以调用Windows CE．Net支持的所有标准API函数。
    Windows CE．Net的驱动程序有2种模型：本机设备驱动程序和流接口设备驱动程序。
    1)本机设备驱动 在Windows CE．Net中．通用LED驱动、电源驱动、显示驱动、键盘驱动等都可以用本机设备驱动来开发。微软提供了定制接口的方式来支持内部设备驱动程序，这意味着绝大多数开发人员不必大量地编写本机设备驱动代码。但把Windows CE．Net定制到新平台的原始设备制造商(OEM)除外，它们可以创建自己的本机设备驱动程序到新的平台。通常，当Windows CE．Net系统启动时，本机设备驱动程序就被加载到系统的内存中。
    2)流接口驱动程序 在Windows CE．Net中，流接口驱动程序以DLL形式存在，是运行在用户模式下的动态连接库，由一个叫做设备管理程序的特殊应用程序加载、管理和卸载。与具有单独目的接口的内部设备驱动程序相比，所有流接口驱动程序使用同一个接口并调用同一个函数集——流接口函数。流接口驱动程序的主要任务是把外设的使用传递给应用程序，这是通过把设备表示为文件系统的一个特殊文件实现的。在流接口驱动程序模型中，应用程序通过文件系统的API函数调用流接口函数，然后由流接口驱动程序调用本机驱动或者通过设备管理器与系统内核或外围设备打交道。每个流接口驱动程序必须实现一组标准的函数，用来完成标准的文件I／O函数和电源管理函数，这些函数提供给Windows CE．Net操作系统的内核使用。一般，这些函数被称为流接口驱动程序的DLL接口。

3 驱动程序的开发
    在Windows CE嵌入式系统的平台开发中，设备驱动程序的开发是其很重要的一部分，它们用于驱动嵌入式系统硬件平台上的各个设备接口。下面针对在项目中完成的几个主要的设备驱动，来了解一下具体设备驱动程序的开发过程。
3．1 触摸屏
    在嵌入式故障诊断专家系统中，为了方便用户输入数据，进行方便的人机交互，触摸屏是必不可少。触摸屏按技术原理分为：电熔电感触摸屏、红外线触摸屏、电阻式触摸屏、矢量压力传感式触摸屏等。S3C2410的触摸屏采用的是电阻式触摸屏。S3C2410支持触摸屏接口，它由一个触摸屏面板，四个外部晶体管，一个外部电源，通道AIN[7]及通道AIN[5]等组成，触摸屏接口如图l所示。主要的设计流程如图2所示。

   [!--empirenews.page--] 在本设计中主要完成A／D的转换、触摸屏上触摸点坐标的显示、XY轴方向的确定以及有效坐标范围的确定。整个程序设计包括环境变量初始化、对LCD控制器和串行口的初始化以及触摸屏控制与显示程序。触摸屏的控制与显示程序包括串口数据传送、液晶显示控制、触摸屏定位、中断处理程序等。中断处理程序中又包括A／D转换、坐标计算、坐标检测、坐标存储与显示。
3．2 键盘驱动
3．2．1 功能要求
    考虑到设备提供的面积有限，设计5x5矩阵键盘满足实际需求。
    1)实现矩阵键盘上所定义的各个按键功能。①方向键：上、下、左、右；②功能键：确定、取消、菜单，通信、导航；③数字键：0～9；④扩展功能键：星号键，井号键；
    2)给应用程序提供接口。其中包括：
    ①按键消息包括WM_KEYD0WN消息，WM_KEYUP消息，WM_CHAR消息。②按键延时要求当用户按下某个按键(电源除外)，发送第1条WM_KEYDO-WN消息。对于上、下、左、右键，按键被按下累计400 ms后，发送第2条WM_KEY_DOWN消息，此后每隔100 ms发送l条WM_KEYDOWN消息，直至按键被放开。
3．2．2 设计步骤
    设计步骤如下：
    1)初始化：初始化主要是进行中断设置，对键盘中断、GPIO端口中断屏蔽位和挂起位进行设置。
    2)获得扫描码GetScanCode()函数。
    3)获取虚拟键值：通过修改一个影射表，影射表的内容主要是扫描码与虚拟键之间的对应关系。
    4)布设管理。
3．3 LCD驱动
    LCD主要用于显示文本和图形信息。液晶显示屏具有轻薄、体积小、低功耗、无辐射、平面直角显示等特点。液晶显示屏按原理分为STN(超扭曲向列)和TFT(薄膜晶体管)2种。
    GDI(图形设备显示接口)是一个系统组件，它用来加载和调用设备驱动。在Windows CE中，GDI包含在图形事件用户界面中。在Windows CE中，显示驱动是一个本机驱动，那就意味着有常用的接口，这种接口会给显示接口提供一组函数集。所以将不会有比较复杂的操作。Win-dows CE显示驱动只有唯一的一个函数DrvEnableDriver()需要导出，这个函数将会在驱动加载的时候被GDI所调用，同时把函数指针返回给其它的DDI函数。开发的过程中需要注意显示设备使用的是线性的帧缓冲，这样由CPU直接控制的显示内存就需要是连续的。微软提供了一组C++类叫GPE(图形原始引擎)。对于图形的操作都是建立在这个类上。
    IntNumModes()：返回显示驱动所支持的显示模式数量。
    SCODE GetModeInfo(GPEMode*pMode，int modeNo)：返回具体显示模式的信息，如显示宽度和高度，一个像素用几位来表示。
    SCODE SetMode(int modeId，HPALETTE*pPalettetHandle)：设置显示模式。对于不同的显示设备，我们都需要用这个函数来设置显示设备的显示模式。
    SetPointerShape()：设置光标位图。
    MovePointer()：移动光标。
    其他的函数接口就不一一介绍，可以参考源代码。

4 结束语
    本文以Windows CE作为目标平台，实现了在WindowsCE驱动程序设计时，按照先确定要设计的驱动程序类型是本地驱动程序还是流接口驱动程序，再选择驱动程序开发方法使用分层驱动程序设计。实际运行表明，设计的操作系统的键盘驱动程序、触摸屏、LCD驱动、电源管理的驱动程序开发为界面程序的开发提供了一个稳定良好的环境，大大提高了开发的速度。