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(fā)器芯片。它在無線數(shù)據通訊、無線門禁、遙感勘測、工業(yè)傳感器和玩具中都有應用。

隨著測控技術的發(fā)展，nRF24L01與單片機組成的系統(tǒng)進行無線測控的實例已經有很多，如基于nRF24L01的無線溫度監(jiān)測系統(tǒng)、基于nRF24 L01的近距離無線數(shù)據傳輸系統(tǒng)等等。近年來，隨著ARM和嵌入式WinCE系統(tǒng)的迅速發(fā)展，由于在WinCE系統(tǒng)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(xiàn)正好添補了這一空白，使WinCE系統(tǒng)和nRF24L01可以直接通信進行無線數(shù)據收發(fā)。

1 WinCE流式驅動模型

在WinCE系統(tǒng)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(fā)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(tǒng)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(tǒng)轉發(fā)到FileSys．exe進程中；若發(fā)現(xiàn)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(shù)的形式實現(xiàn)，這些函數(shù)有其標準的定義形式，稱之為流接口函數(shù)。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(shù)。下面將介紹nRF24L01驅動中主要用到的流接口函數(shù)：

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

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

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

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

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

⑥XXX_IOControl()函數(shù)，功能是對設備發(fā)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(wěn)定運行WinCE 6．0操作系統(tǒng)。nRF24L01是通過SPI總線協(xié)議和單片機進行通信的，在WinCE 6．0中SPI通信的實現(xiàn)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(xiàn)。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(xiàn)

3．1 主要實現(xiàn)的函數(shù)

(1)NRF_Init()設備初始化函數(shù)

在該函數(shù)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(chuàng)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(shù)

NRF Open()函數(shù)主要實現(xiàn)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(fā)必須一致

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

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

(3)NRF_Read()函數(shù)

NRE_Read()函數(shù)實現(xiàn)了對接收緩沖區(qū)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(jié)的信息，所以該函數(shù)一次最多能傳送32字節(jié)的信息。主要核心代碼如下：

(4)NRF_Write()函數(shù)

NRE_Write()函數(shù)主要實現(xiàn)發(fā)送數(shù)據寫入發(fā)送緩沖區(qū)并發(fā)送的功能。主要核心代碼如下：

(5)NRF_IOControl()函數(shù)

NRF_IOControl()函數(shù)主要實現(xiàn)了對本機地址的配置、接收方地址的配置、發(fā)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(xiàn)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(shù)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(shù)和MmUnmapIo Space()函數(shù)來實現(xiàn)虛擬地址的分配和釋放。

(2)如何實現(xiàn)數(shù)據的接收

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

(3)AcceptThread()函數(shù)的實現(xiàn)

在該函數(shù)中主要進行中斷配置、中斷同步事件的創(chuàng)建、中斷的撤除等。使用的API函數(shù)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(lián)；WaitForSingleObject()阻塞線程并等待中斷同步事件發(fā)生，中斷同步事件發(fā)生即接收完一次數(shù)據，則使接收完成同步事件有效，可通知應用程序數(shù)據已接收完成；(InterruptDone)函數(shù)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(shù)據發(fā)送

數(shù)據發(fā)送步驟如下：

①調用CreateFile()函數(shù)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(shù)設置為發(fā)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(shù)完成發(fā)送，核心代碼如下：

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

4．2 數(shù)據接收

數(shù)據接收步驟如下：

①打開設備，方法同4．1節(jié)步驟①。

②通過DeviceIocontrol()函數(shù)設置為接收模式并使用默認地址，核心代碼如下：

DeviceIoControl(NRFdrivcr，IS_ACCEPT_STATUS，NULL，0，NULL，0，NULL，NULL)；

③創(chuàng)建接收線程及與驅動中同名的接收完成同步事件，在接收線程中調用WaitForSingleObject()函數(shù)等待有效。如有效，則調用ReadFi le()函數(shù)讀取數(shù)據并顯示。核心代碼如下：

以上驅動及測試程序均是在VC2008環(huán)境中完成。在WinCE6．0系統(tǒng)中