利用MC68HC908開發Pocket PC掌上電腦外設
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關鍵詞：MC68HC908 Pocket PC Windows CE 外設
目前，Pocket PC掌上電腦正以其強大的多媒體性有和良好的可擴展性，逐步改變人們對于傳統PDA的認識。
Pocket PC的應用領域迅速擴展，已經不再局限于日程、記事等簡單功能。它能夠勝傷從多媒體娛樂、文書處理，到諸如“交警事故的現場處理”等的各種應用。這些，為高效的移動辦公、便攜式的娛樂等開創了新的局面，同時也是新的市場。因為，每一個新的應用領域的出現，都伴隨著相應的外設和應用程序的需求。
本文將以一個輸入設備的開發為例，探討如何利用Motorola MC68HC908單片機以及Microsoft Embedded Visual Tools編程工具，開發Pocket PC掌上電腦的外設及其驅動程序。
1 Pocket PC的軟、硬件構架
Pocket PC的生產廠商包括COMPAQ、HP、Toshiba、聯想、華碩等待，但其軟、硬件構架是基本一致的。
1.1 Pocket PC的硬件構架
Pocket PC的硬件是以Intel StrongARM SA-1110通用處理器為核心來構建的。這是32位的RISC處理器，采用了ARM v4結構及指令系統，具有高性能（在206MHz條件下為2.1MIPS）、低功耗（在206MHz條件下小于400mW）的優點。在該芯片中，除了CPU核心外，還集成了豐富的I/O和系統控制模塊。使用SA-1110構建的Pocket PC系統框圖如圖1所示。
由圖1可知：在Pocket PC的構架中，如要擴充外圍的輸入設備，可用的接口有IrDA、PCMCIA、UART串口，而USB為從接口，不適用。從使用的方便性來講，以IrDA最好；而從功能的強大性來講，以PCMCIA最強。但綜合考慮開發簡便以及成本因素，則是普通串口最合適。
各廠商的Pocket PC產品均具備標準串口，但一般都是將串口與USB等其它接口集成起來，做在一個自定義的接插件標準中。
例如COMPAQ公司的iPAQ系列，就是采用自定義的14引腳插口，其引腳定義可以查閱網上資料iPAQ H3600 Hardware Design Specification。開發外設時，可以將其中與串口相應引腳引出做成RS232插口，也可以直接使用符合該標準的14引腳插頭。
1.2 Pocket PC的軟件系統
通常所說的“Pocket PC”以及“Pocket PC 2002”平臺，就是Windows CE 3.0操作系統針對特定操作產品進行裁剪和開發后的定制化版本。
Windows CE是一種全新構建的嵌入式操作系統，但是它在界面外觀以及編程接口上，與Windows NT操作系統極其相似。
基于這種相似性，Microsoft Embedded Visual Tools提供了開發Windows CE平臺軟件的最佳方案。它包括類似Visual Studio 6.0的C++/Basic開發環境、ARM交叉編譯器和鏈接器、x86平臺上的Pocket PC仿真器等等。
2 外設的開發
下面以一個輸入設備的開發為例，介紹如何開發Pocket PC掌上電腦的外設及其驅動程序。這是一個簡單的按鍵式輸入設備，可以認為是鍵盤或者游戲手柄。主要是為了解決Pocket PC的手寫輸入方式，在輸入大量方案和進行游戲娛樂時不夠方便的問題。
該輸入設備硬件部分用MC68HC908GP32型單片機設計實現，其固件程序負責完成掃描輸入、編碼、串行通信的功能。而Pocket PC上的接口驅動程序用Embedded Visual Tools開發，負責完成串行通信、解碼、向系統發出輸入消息的功能。此外，還可進一步實現組合按鍵、定制快捷輸入等高級功能。
2.1 硬件開發
整個輸入設備以MC68HC908GP32單片機為核心。該型號是Motorola HC08系列的通用型產品，片內資源豐富，功能強大。系統框圖如圖2所示。
按鍵的輸入，可以使用普通的按鍵開關，也可以使用陣列的小鍵盤。按鍵輸入產生的信號，送往GP32的通用I/O口PortA和PortB，其中PortA是鍵盤模塊的接口，可產生鍵盤中斷。
單片機的串口通信，由其SCI異步串行模塊外接MAX232實現。
2.2 單片機的固件開發
單片機的固件程序用匯編語言編寫，使用PEWIN-IDE編譯器進行編譯。程序的流程如圖3所示。
單片機的初始化，包括對基本配置、SCI串口和時鐘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 | 屬性設置 |
| $001F | CONFIG2 | 3D | |
| $0036 | PCTL | 71 | 鎖相環（產生2.4576MHz內部總線時鐘） |
| $0037 | PBWC | E0 | |
| $0038 | PMSH | 01 | |
| $0039 | PMSL | 2C | |
| $003A | PMRS | 80 | |
| $0013 | SCCR1 | 40 | SCI（9600bps雙向傳輸速率） |
| $0014 | SCCR2 | 0C | |
| $0019 | BAUD | 02 | |
| $0023 | T1MODH | 1E | TIM1時鐘（溢出中斷10次/s） |
| $0024 | T1MODL | 00 | |
| $0020 | T1SC | 55 |
如流程圖所示，固件程序在完成初始化后，就會嘗試與Pocket PC建立連接。
在向Pocket PC發送設備標識字節，并且反饋回正確的驅動字節后，認為成功建立了連接。之后，程序置位中斷允許位，開始進入空循環方式等待時鐘中斷。
每次時鐘中斷發生后，將讀取端口狀態，然后進行判別、編碼和送。輸入的按鍵消息編碼后用兩個字節發送、并且附加上發送次序標識。
串口通信使用查詢方式，通過反復查詢SCI發送和接收器的狀態，直到可以發送/接收數據為止。
*發送子程序
SENDATA：BRCLR7，SCS1，SENDATA
STA SCDR
RTS
*接收子程序
GETDATA：BRCLR 5，SCS1，GETDATA
LDA SCDR
RTS
此外，Pocket PC的外設開發應該做便攜、低功耗等方面的考慮。例如，在固件程序等待中斷的空循環體，加入一句WAIT指令，即在每次中斷調用返回后等待下次中斷期間，系統進入WAIT低功耗方式。因為每兩次中斷的間隔為100ms，而每次調用的中斷子程不超過幾十條指令，系統絕大部分的時間是等待；所以，這樣能夠比較明顯地降低功耗。
2.3 軟件的開發
Pocket PC上的接口驅動軟件的開發，包括完成從串口獲取數據、解碼、向操作系統插入虛擬按鍵消息以及對于虛擬按鍵消息的設定等功能。接口驅動程序流程如圖4所示。
Windows CE操作系統在編程接口（API）上，保持了與Win32體系的高度兼容。同時，使用Embedded Visual Tools中的C++開發環境與使用VC++6.0具有很大的相似性。
這些功能都可以通過調用相應的API函數實現，如表2所列。Windows CE是一個全新架構的純32位系統，它針對有限資源、高穩定度、模塊化的需求，對于Win32 API函數作了大量的修改和簡化。16位版本的API函數被舍棄，一些API函數對于Windows CE平臺無意義的參數被定義為忽略，而且絕大部分API函數的內部實現已經不同于Win32平臺了。但是，Windows CE版本的API函數在編程接口上與Win32平臺還是保持了基于一致（見表2），因而，有VC++開發經驗的人，能夠比較快地轉向Windows CE的程序設計。
表1 程序使用的API函數
| API函數 | 功 能 注 釋 |
| CreateFil() | 以文件名為“COM1：”打開串口，返回個文件句柄 |
| ReadFile() | 根據文件句柄，從串口讀取字節 |
| WriteFile() | 根據文件句柄，向串口發送字節 |
| PurgeComm() | 清除串口之前的任務和數據 |
| CreateThread() | 創建新的線程，一個負責程序界面和主要功能，另一個負責串行通信 |
| keybd_event() | 向系統的消息隊列中插入自定義的虛擬按鍵消息，第一個參數是要發送的虛擬按鍵鍵碼 |
| RegCreateKeyEx() | 在注冊表指定位置創建一個鍵，返回鍵的句柄 |
| RegSetValueEx() | 在指定的鍵內設定一個值 |
| RegOpenKeyEx() | 打開指定的鍵（獲得鍵的句柄） |
| RegQueryValueEx() | 關閉已打開的鍵 |
接口驅動程序（見圖5）在確認設備連接后，從設備獲取每次2字節的按鍵編碼，然后將其在程序界面中即時顯示出來，并且向Win CE的消息循環中插入相應的虛擬按鍵消息，供其它應用程序響應；而輸入信號對應的按鍵可以自行定義，并保存在注冊表中。
3 總結
在本文基礎上，如果采用數/模轉換、電機控制等模塊作為輸入/輸出信號，或是采用MC68HC908系列其它型號的單片機，則可以針對不同的需求開發出各種Pocket PC外設，實現如數據采集、測控、通信等各種功能，形成各種新的Pocket PC便攜式應用方案。
此外，如果采用μC/OS-II實時操作系統以及IrDA協議棧，還可以開發出基于IrDA接口的PocketPC外設，將更加方便易用。
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