WinCE中OEM适配层编程点滴之创建OAL
正如CE的帮助文档所言,创建OAL是一个非常复杂的任务,而通常的办法是复制原有的相同平台的OAL代码,然后修改来适应平台的特殊要求。也就是说对于没有特殊要求的平台,复制原有相同平台的OAL代码就足够了。由于OAL的复杂性在这篇文章中我只讲解常用的部分。
一、实现ISR
1. ISR的概念
ISR(interrupt service routine)是处理IRQs(interrupt request line)的程序。Windows CE用一个ISR来处理所有的IRQ请求。当一个中断发生时,内核的异常处理程序先调用内核ISR,内核ISR禁用所有具有相同优先级和较低优先级的中断,然后调用已经注册的OAL ISR程序,一般ISR有下列特征:
1) 执行最小的中断处理,最小的中断处理指能够检验、答复产生中断的硬件,而把更多的处理工作留给IST(interrupt service thread)。
2) 当ISR完成时返回中断ID(中断ID大部分是预定义的)。
2. X86平台的ISR结构
X86平台的ISR保存在%_WINCEROOT%\PUBLIC\COMMON\OAK\CSP\I486\OAL\fwpc.c中,函数名为PeRPISR。下面分析一下此函数的主要代码:
从以上代码不难看出ISR的任务就是返回以“SYSINTR_”为前缀的中断ID,如果不需要进一步执行IST,那么就返回SYSINTR_NOP。
3. 中断注册步骤
参考X86平台的代码,中断注册步骤如下:
1) 用SETUP_INTERRUPT_MAP宏关联SYSINTR和IRQ。以“SYSINTR_”为前缀的常量由内核使用,用于唯一标识发生中断的硬件。在Nkintr.h文件中预定义了一些SYSINTR,OEM可以在Oalintr.h文件中自定义SYSINTR。
2) 用HookInterrupt函数关联硬件中断号和ISR。这里的硬件中断号为物理中断号,而非逻辑中断号IRQ。在InitPICs函数(和上述ISR位于同一文件)的最后调用了HookInterrupt函数,如下:
4. 中断处理步骤
1) 调用InterruptInitialize函数关联SYSINTR和IST,具体是关联IST等待的事件。一般在驱动程序中按如下编写:
2) IST执行I/O操作,一般IST按如下编写:
3) ISR和IST之间数据传输
假如我们要从一个设备频繁的读取数据而每次读取量非常少,那么每次读取都要调用IST会降低性能。作为解决方案,ISR可以做读取工作(存放到缓冲区),并在缓冲区存放满后由IST到缓冲区读取。因为ISR运行在内核模式而IST运行在用户模式,IST不能轻易地访问ISR的缓冲区,为此CE提供了一个办法(参见标题为“Passing Data between an ISR and an IST”的帮助文档),您也可以到天极网嵌入式开发论坛询问。
二、实现系统时钟
1. 系统时钟(system tick)概念
系统时钟是内核需要的唯一中断(IRQ0),系统时钟每毫秒产生一个中断,当发生中断时内核在ISR中累计,到1000的倍数就是过了一秒钟。在处理系统时钟的ISR中不仅要累计计数,还要决定是否通知内核开始重新调度当前所有的线程。要实现一个OAL,系统时钟是第一个必须做的事。
2. X86平台系统时钟中断的处理工作 系统时钟由InitClock函数负责初始化工作,一般是在OEMInit函数中调用。当发生中断时,ISR首先用下列语句累计计数:
然后根据下列语句判断应该返回什么值:
上述代码中全局变量dwReschedTime在schedule.c中定义,也就是由内核的调度模块决定在何时开始重新调度线程。CurMSec累计了从WindowsCE启动到当前总共产生了多少个system tick。实现系统时钟后还要实现OEMIdle函数,当没有线程准备运行时OEMIdle被调用,OEMIdle函数将CPU置于空闲模式,但在空闲模式下仍然要累计系统时钟。
三、I/O控制代码
1. I/O控制代码作用
应用软件或者驱动程序可以调用KernelIoControl函数与OAL层通信,而KernelIoControl在内部调用OEMIoControl函数。OEMIoControl是一个OAL API,OEM可以在OEMIoControl中编写自己的I/O控制代码实现一些功能,或者说与应用软件通信。I/O控制代码常用的例子如重启计算机、得到系统信息、设置RTC、得到设备ID等。还有一些系统程序使用的特殊的I/O控制代码。在这里说明一下,我经过实验证实CE提供的得到设备ID方法并非有效。
2. 编写自己的I/O控制代码步骤
1) 在pkfuncs.h或者新编写一个.h文件中按如下格式定义:
2) 在oemioctl.c中修改OEMIoControl函数,添加如下代码:
一、实现ISR
1. ISR的概念
ISR(interrupt service routine)是处理IRQs(interrupt request line)的程序。Windows CE用一个ISR来处理所有的IRQ请求。当一个中断发生时,内核的异常处理程序先调用内核ISR,内核ISR禁用所有具有相同优先级和较低优先级的中断,然后调用已经注册的OAL ISR程序,一般ISR有下列特征:
1) 执行最小的中断处理,最小的中断处理指能够检验、答复产生中断的硬件,而把更多的处理工作留给IST(interrupt service thread)。
2) 当ISR完成时返回中断ID(中断ID大部分是预定义的)。
2. X86平台的ISR结构
X86平台的ISR保存在%_WINCEROOT%\PUBLIC\COMMON\OAK\CSP\I486\OAL\fwpc.c中,函数名为PeRPISR。下面分析一下此函数的主要代码:
ULONG PeRPISR(void) { ULONG ulRet = SYSINTR_NOP; ///返回值,既中断ID(以SYSINTR_为前缀) UCHAR ucCurrentInterrupt; ///当前中断号 if (fIntrTime) ////// fIntrTime 用于测试SR和IST的延时时间,测试工具为ILTiming.exe。 ...... ucCurrentInterrupt = PICGetCurrentInterrupt(); ////返回当前中断IRQ if (ucCurrentInterrupt == INTR_TIMER0) ///IRQ0,IRQ0为系统时钟(system tick)中断,具体见“二、实现系统时钟” ...... if (dwRebootAddress) ////是否需要重启动 RebootHandler(); ...... if(ucCurrentInterrupt == INTR_RTC) ////IRQ8,real-time clock的中断 ...... else if (ucCurrentInterrupt <= INTR_MAXIMUM) ///如果中断小于 INTR_MAXIMUM { ulRet = NKCallIntChain(ucCurrentInterrupt); ////调用中断链 if (ulRet == SYSINTR_CHAIN) ///如果中断链未包含中断 ulRet = OEMTranslateIrq(ucCurrentInterrupt); ////在IRQ 和SYSINTR之间转换,此函数返回IRQ对应的SYSINTR ...... PICEnableInterrupt(ucCurrentInterrupt, FALSE); ///启用除当前中断以外的所有中断 } ///else if OEMIndicateIntSource(ulRet); ///通知内核已经发生SYSINTR中断 } |
从以上代码不难看出ISR的任务就是返回以“SYSINTR_”为前缀的中断ID,如果不需要进一步执行IST,那么就返回SYSINTR_NOP。
3. 中断注册步骤
参考X86平台的代码,中断注册步骤如下:
1) 用SETUP_INTERRUPT_MAP宏关联SYSINTR和IRQ。以“SYSINTR_”为前缀的常量由内核使用,用于唯一标识发生中断的硬件。在Nkintr.h文件中预定义了一些SYSINTR,OEM可以在Oalintr.h文件中自定义SYSINTR。
2) 用HookInterrupt函数关联硬件中断号和ISR。这里的硬件中断号为物理中断号,而非逻辑中断号IRQ。在InitPICs函数(和上述ISR位于同一文件)的最后调用了HookInterrupt函数,如下:
for (i = 64; i < 80; i++) HookInterrupt(i, (void *)PeRPISR); ///用ISR关联16个中断号 |
4. 中断处理步骤
1) 调用InterruptInitialize函数关联SYSINTR和IST,具体是关联IST等待的事件。一般在驱动程序中按如下编写:
hEvent = CreateEvent(...) ///创建一个事件对象 InterruptInitialize(SYSINTR_SERIAL, hEvent, ...) ///关联一个串口中断ID和这个事件 hThd = CreateThread(..., MyISTRoutine, hEvent, ...) ///创建一个线程(IST) CeSetThreadPriority(hThd, 152); ///提高此线程的优先级 |
2) IST执行I/O操作,一般IST按如下编写:
for(;;) ///驱动程序一直处于服务状态 { WaitForSingleObject(hEvent, INFINITE); ////无限等待事件 ...... //// I/O操作 InterruptDone(InterruptId); ///结束当前中断处理 } |
3) ISR和IST之间数据传输
假如我们要从一个设备频繁的读取数据而每次读取量非常少,那么每次读取都要调用IST会降低性能。作为解决方案,ISR可以做读取工作(存放到缓冲区),并在缓冲区存放满后由IST到缓冲区读取。因为ISR运行在内核模式而IST运行在用户模式,IST不能轻易地访问ISR的缓冲区,为此CE提供了一个办法(参见标题为“Passing Data between an ISR and an IST”的帮助文档),您也可以到天极网嵌入式开发论坛询问。
二、实现系统时钟
1. 系统时钟(system tick)概念
系统时钟是内核需要的唯一中断(IRQ0),系统时钟每毫秒产生一个中断,当发生中断时内核在ISR中累计,到1000的倍数就是过了一秒钟。在处理系统时钟的ISR中不仅要累计计数,还要决定是否通知内核开始重新调度当前所有的线程。要实现一个OAL,系统时钟是第一个必须做的事。
2. X86平台系统时钟中断的处理工作 系统时钟由InitClock函数负责初始化工作,一般是在OEMInit函数中调用。当发生中断时,ISR首先用下列语句累计计数:
CurMSec += SYSTEM_TICK_MS; /////SYSTEM_TICK_MS = 1 |
然后根据下列语句判断应该返回什么值:
if ((int) (dwReschedTime – CurMSec) >= 0) return SYSINTR_RESCHED; ///重新调度 else return SYSINTR_NOP; ///不再执行任何操作 |
上述代码中全局变量dwReschedTime在schedule.c中定义,也就是由内核的调度模块决定在何时开始重新调度线程。CurMSec累计了从WindowsCE启动到当前总共产生了多少个system tick。实现系统时钟后还要实现OEMIdle函数,当没有线程准备运行时OEMIdle被调用,OEMIdle函数将CPU置于空闲模式,但在空闲模式下仍然要累计系统时钟。
三、I/O控制代码
1. I/O控制代码作用
应用软件或者驱动程序可以调用KernelIoControl函数与OAL层通信,而KernelIoControl在内部调用OEMIoControl函数。OEMIoControl是一个OAL API,OEM可以在OEMIoControl中编写自己的I/O控制代码实现一些功能,或者说与应用软件通信。I/O控制代码常用的例子如重启计算机、得到系统信息、设置RTC、得到设备ID等。还有一些系统程序使用的特殊的I/O控制代码。在这里说明一下,我经过实验证实CE提供的得到设备ID方法并非有效。
2. 编写自己的I/O控制代码步骤
1) 在pkfuncs.h或者新编写一个.h文件中按如下格式定义:
#define IOCTL_MY_CONTROL CTL_CODE(FILE_DEVICE_HAL, 3000, METHOD_NEITHER, FILE_ANY_ACCESS) |
2) 在oemioctl.c中修改OEMIoControl函数,添加如下代码:
case IOCTL_MY_CONTROL: ...... |
3) 在应用程序中调用KernelIoControl函数,具体参数参见帮助文档。
结束语:
OAL所有接口函数和全局变量说明请参见标题为“Supported OAL APIs”的帮助文档。以前的文章《加密Windows CE系统》里介绍的 OEMLoadInit_t pOEMLoadInit 和 OEMLoadModule_t pOEMLoadModule 就是OAL暴露的用于创建可信任环境的全局变量,我们编写好了函数后就可以把函数地址赋给这两个变量。OAL的确很复杂,当实际需要时我们才会具体研究某一部分,因为带着问题研究是最有效率的。希望这两篇文章能够抛砖引玉,让更熟悉OAL的开发者能够公开自己的研究成果,和大家分享。
付林林:
2001年计算机专业毕业。从毕业起一直从事软件开发工作。目前从事 Windows CE 下操作系统内核定制和应用程序开发。在实际工作中积累了CE下开发的一些经验。希望和 CE 下开发者交流、探讨,更希望你们能不吝赐教。我的EMail:windowsce@tom.com
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