ARM和WinCE6.0下nRF24L01的驅動設計

作者：時間：2012-05-28 來源：網絡

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引言

nRF24L01是一款工作在2．4～2．5 GHz世界通用ISM頻段的單片無線收發器芯片。它在無線數據通訊、無線門禁、遙感勘測、工業傳感器和玩具中都有應用。

隨著測控技術的發展，nRF24L01與單片機組成的系統進行無線測控的實例已經有很多，如基于nRF24L01的無線溫度監測系統、基于nRF24 L01的近距離無線數據傳輸系統等等。近年來，隨著ARM和嵌入式WinCE系統的迅速發展，由于在WinCE系統下nRF24L01和ARM的通信缺乏驅動，致使兩者之間不能直接通信，一般的解決方法是借助于第三方單片機的串行口來進行兩者的通信。這種方式的不足之處在于，由于要借助于第三方單片機，使得成本增加且通信速度下降。nRF24L01驅動的設計與實現正好添補了這一空白，使WinCE系統和nRF24L01可以直接通信進行無線數據收發。

1 WinCE流式驅動模型

在WinCE系統中有4種驅動模型，其中流式接口設備驅動模型和本地設備驅動模型是可以由用戶來開發的。nRF24L01可以看作是一種流式接口設備，所以選用流式接口設備驅動模型來編寫驅動較為合適。

1．1 流式接口驅動程序的體系結構

如圖1所示，流式接口驅動程序的體系結構由5部分組成，分別是應用程序、FileSys．exe、設備管理器、流式接口驅動程序和硬件。

圖1中陰影部分是由用戶編寫程序來完成，白色部分是由WinCE系統自身提供，用戶不能修改。在應用程序使用文件API對設備進行訪問時，文件API調用被操作系統轉發到FileSys．exe進程中；若發現是對設備的訪問，則FileSys．exe就會把操作交給設備管理器；然后，設備管理器根據具體操作調用不同流式接口驅動中提供的接口；最后，由流式接口驅動程序負責與硬件交互。

從體系結構中可知，流式接口驅動體系是把設備抽象作為文件進行操作的。所以編寫流式接口驅動就是將文件操作應有的打開、關閉、讀取、寫入和移動文件指針的操作在驅動程序中以函數的形式實現，這些函數有其標準的定義形式，稱之為流接口函數。但對于驅動程序而言除了和文件一樣的標準操作外還需要驅動程序的加載、卸載等流接口函數。下面將介紹nRF24L01驅動中主要用到的流接口函數：

①XXX_Open()函數，功能是打開設備準備讀寫，對應的文件操作函數是CreatFile()。

②XXX_Close()函數，功能是關閉設備，對應文件操作函數是CloseHandle()。

③XXX_Init()函數，功能是初始化設備，在系統啟動時由設備管理器淵用。

④XXX_Read()函數，功能是讀取設備中的數據，對應文件操作函數為ReadFile()。

⑤XXX_Write()函數，功能是寫入數據到設備中，對應文件操作函數為WriteFile()。

⑥XXX_IOControl()函數，功能是對設備發送控制命令，對應文件操作DeviceIOControl()。

其中XXX是驅動程序在注冊表中注冊的設備名稱。

2 硬件設計

ARM芯片選擇三星公司生產的S3C2440，該芯片工作頻率為400 MHz，最高可達533 MHz，可穩定運行WinCE 6．0操作系統。nRF24L01是通過SPI總線協議和單片機進行通信的，在WinCE 6．0中SPI通信的實現可以通過ARM的SPI接口，也可以通過GPIO端口軟件模擬的方式實現。在本次設計中選用了GPIO端口軟件模擬的方式。硬件連接如圖2所示。

3 nRF24L01驅動的實現

3．1 主要實現的函數

(1)NRF_Init()設備初始化函數

在該函數中主要進行GPF端口的初始化，接收完成同步事件和接收線程的創建主要的核心代碼如下：

為了方便映射虛擬地址，在本驅動中將所用到的特殊功能寄存器的虛擬地址由自定義類CS3c2440SFR來進行組織。其中“sfr”是類CS3c2440SFR的實例，D()是一個自定義宏，其源碼為“#define D(v_add)(*(volatile unsigned long*)v_add)”。

(2)NRF_Open()函數

NRF Open()函數主要實現了對初始化是否成功的判斷及對nRF24L01進行初始配制。核心代碼如下：

SPI_Write_Bur(WRITE REG+TX_ADDR，TX_ADDRESS，TX_ADR_WIDTH)；／／寫本地默認地址

SPI_Write_Buf(WRITE_REG+RX_ADDR_P0，RX_ADDRESS，RX_ADR_WIDTH)；／／寫接收端默認地址

SPI_RW_Reg(WRITE_REG+EN_AA，0x01)；

SPI_RW_Reg(WRITE_REG+EN_RXADDR，0x01)；

SPI_RW_Reg(WRITE_REG+RF_CH，0)；／／設置信道工作為2．4 GHz，收發必須一致

SPI_RW_Reg(WRITE_REG+RX_PW_P0，RX_PLOADWIDTH)；／／設置接收數據長度

SPI_RW_Reg(WRITE_REG+RF_SETUP，0x07)；／／設置發射速率為1 MHz，發射功率為最大值0 dB

(3)NRF_Read()函數

NRE_Read()函數實現了對接收緩沖區的讀取并傳送至應用程序。由于nRF24L01一次最多能接收32個字節的信息，所以該函數一次最多能傳送32字節的信息。主要核心代碼如下：

(4)NRF_Write()函數

NRE_Write()函數主要實現發送數據寫入發送緩沖區并發送的功能。主要核心代碼如下：

(5)NRF_IOControl()函數

NRF_IOControl()函數主要實現了對本機地址的配置、接收方地址的配置、發送模式和接收模式的配置等。

3．2 驅動設計重點

(1)如何實現特殊功能寄存器的虛擬地址映射

由于WinCE 6．0對虛擬地址的映射住安全性方面提高了要求，所以WinCE 6．0中地址映射不能再使用以前版本中常用的VirtualAlloc()和VirtualFree()函數來分配和釋放虛擬地址，它們的使用會產生編譯錯誤。解決方式是使用CEDDK庫中的MmMapIoSpace()函數和MmUnmapIo Space()函數來實現虛擬地址的分配和釋放。

(2)如何實現數據的接收

在數據接收中采用多線程編程，在設備初始化時調用CreateThread()函數創建一新線程對應線程函數DWORD AcceptThread()。

(3)AcceptThread()函數的實現

在該函數中主要進行中斷配置、中斷同步事件的創建、中斷的撤除等。使用的API函數主要有：KernclIoControl()用來獲取邏輯巾斷號；InterruptInitialize()邏輯中斷和同步事件關聯；WaitForSingleObject()阻塞線程并等待中斷同步事件發生，中斷同步事件發生即接收完一次數據，則使接收完成同步事件有效，可通知應用程序數據已接收完成；(InterruptDone)函數中斷結束，并撤除相應的中斷標志位準備響應下次中斷。

4 驅動測試程序

4．1 數據發送

數據發送步驟如下：

①調用CreateFile()函數打開設備，核心代碼如下：

NRFdriver=CreateFilc(L“NRF1：”，GENERIC_READ|GENERIC_WRITE，0，NULL，OPEN EXISTING，0，NULL)；

②通過DeviceIoControl()函數設置為發送模式并使用默認地址(默認地址在驅動程序中配置完成)，核心代碼如下：

DevlccIoControl(NRFdriver．IS SEND STATUS，NULL，0，NULL，0．NULL，NULL)；

③調用WriteFile函數完成發送，核心代碼如下：

WriteFile(NRFdriver，(LPCVOID)p，strL，NULL，NULL)；

4．2 數據接收

數據接收步驟如下：

①打開設備，方法同4．1節步驟①。