WinCE的网络驱动实现原理

 

1.WinCE的网络通信架构

WinCE的网络通信架构如图1所示，WinCE的网络通信架构中一个重要的角色是网络结构规范(NetworkDriver Interface Specification，NDIS)，它支持多种网络媒体，以及提供包括TCP／IP等多种网络协议。

图1 WINCE通信网络的层

其中最上层的Wins0ck是提供给应用层的接口，一般开发网络应用都会用Winsock接口来开发。NDIS位于协议驱动层下面，而位于硬件驱动Miniport Driver之上。协议驱动层通过调用NDIS封装层的接口函数，实现与底层硬件驱动的交互。对于协议层来说，NDIS相当于一个Miniport Driver，而对于底层的硬件驱动来说，NDIS相当于上层的协议层，所以NDIS起到承上启下的作用，也起到对底层硬件接口的规范作用。

 

2.WinCE网络驱动架构和实现原理

在WinCE中，网卡驱动的实现原理如图2所示，在上层的协议驱动层看来，它调用NDIS接口函数访问网络设备，其具体实现过程(如图2虚线框)，是通过调用底层的Miniport Driver接口函数来实现。在WinCE系统中NDIS接口函数库是Microsoft开发好的，所以开发winCE下的网卡驱动就是编写一个Miniport Driver，它向上导出接口函数与NDIS接口实现对接，向下直接管理网卡硬件。

图2 WINCE网络驱动原理

3.网络驱动的编程与实现

3.1网络驱动接口的实现流程

在WinCE中，应用层通过调用NDIS接口(图3实线框)实现与底层硬件的交互，而NDIS接口是微软已经开发好的，被定义成一个数据结构体的形式。开发网卡驱动就是写一个Miniport Driver，导出相应的Miniport接口函数(图3的虚线框)，这些接口函数会在系统注册一个Miniport Driver的时候与NDIS封装层的接口函数对接，这样内核协议层通过调用NDIS的接口就可以访问底层硬件。

 

图 3 网络驱动接口实现流程

微软定义的与Miniport Driver相关的NDIS标准接口总共有18个，针对不同的网络设备其接口的实现也不尽相同，本流程图中罗列出的是CS89OO网卡驱动所实现的接口函数，具体的接口实现可参照Platform Builder的帮助文档。

3.2网络驱动接口的具体实现

实际网络驱动的编写，就是理解wincE下网络驱动程序的构架，然后针对实际的硬件编写代码，实现相应的中间层Miniport Driver接口函数。下面结合利用WinCE5．0内核在脉冲发生器嵌入式主板上移植编写嵌入式CS8900网卡驱动程序的实例，介绍网卡驱动程序Miniport Driver接口的具体实现(由于本驱动的硬件设备是CS8900，所以在函数接口的取名上一律用CS8900代替Miniport Driver)。

3.2.1网络驱动程序的入口函数

DriverEntry，该函数中首先调用NdisMinitializeWrapper函数来通知NDIS Library要注册一个Miniport。然后初始化MINIPORT结构体，所有的Miniport的相关接口函数都会赋到 MINIPORT 结构中， 最后调用NdisMRegisterMiniport来注册Miniport。通过此函数，实现了Miniport Driver接口与NDIS接口的对接。

3.2.2网络设备的初始化接口

Miniportlnitialize， 该函数为调用函数CS8900RegisterAdapter来完成网络设备的初始化，而CS8900RegisterAdapter 又会调用CS8900Initialize，CS8900Initialize函数会相继调用：findCS，查找网络设备；resetCS，重启网络控制器，并设置工作模式为16bit的I／0模式；InitIrq，开启网络控制器的中断；initCS，设置临时的物理地址，为网络控制器设置与嵌入式芯片之间中断的硬件连接，以及总线读写的时序。

3.2.3网络数据包的发送

WinCE网络数据发送的流程：当上层协议驱动要发数据时，调用NdisSend请求NDIS发送数据包，NDIS将会调用紧接其下的中间层驱动的CS8900Send，该函数首先调用NdisQueryPacket，得到需要发送包的数据信息，并拷贝到一个缓冲区暂存，这样做的目的是保证包数据不被丢失。然后调用CS8900RequestTransmit，向网络控制器发送传送数据的请求，最后调用函数CS8900CopyTxFrame完成数据包的发生。

3.2.4网络数据的接收和中断

网络设备的接收数据包时通过中断实现，当网络接口接收到新数据包时，发送完成或者报错误信息及连接状态都会出发中断，通常中断处理程序通过检测硬件状态寄存器判断是哪种情况。

当网络设备有数据到来的时候，将触发中断，相应的中断处理程序接管中断后，将调用Miniport Driver所注册的中断处理例程CS8900Isr，通过读取CS8900的中断寄存器判断是否是接收到数据中断，如果是就调用数据接收函数CS8900ReceiveEvent。Miniport Driver通常在这里把网卡上的数据拷贝到Miniport Driver缓冲区队列中去，出于效率的考虑，Miniport Driver这时可能不会立即通知上层处理新的数据，因为很可能，马上还有随后的新的数据到来，当接收到的包的数量达到一定程度的时候，驱动程序的接收线程会调用函数NdisMIndicateReceivePacket指示新的NDIS新数据的到来。

3.2.5Miniport Driver其他接口

    CS8900Reset，复位硬件网卡；

CS8900Querylnformation，网卡信息查询函数；

CS8900Setlnformation，设置网卡信息函数。

3.2.6 驱动下实现的CS8900A的几个函数

1.读写ReadPacketPage和WritePacketPage。这两个函数通常并不被EthDbg驱动程序的使用者直接调用。而是这个两个函数向其他EthDbg驱动程序接口函数提供了最基本的读写CS8900A的PacketPage内部的控制与状态寄存器和收发缓冲区的功能。

在源文件%_WINCEROOT%\PLATFORM\COMMON\SRC\COMMON\ETHDRV\CS8900A\cs8900a.c中定义了一个静态全局指针变量g_pCS8900:

STATIC CS8900A_REGS *g_pCS8900;

其类型CS8900A_ERGSS是在同一源文件中定义的结构体：

Typedef struct{

Unsigned _int16 DATA0;

Unsigned _int16 DATA1;

Unsigned _int16 TXCMD;

Unsigned _int16 TXLENGTH;

Unsigned _int16 ISQ;

Unsigned _int16 PAGEIX;

Unsigned _int16 PAGE0;

Unsigned _int16 PAGE1;

}CS8900A_REGS;

显然，静态全局指针变量g_Pcs8900所指向的CS8900A_REGSS结构体数据专门用于映射CS8900A的8个I\O端口，g_Pcs8900指针的实际取值就应该是这8个I\O端口的基地址。ReadPacketPage和WritePacketPage两个函数的实现对CS8900A的PacketPage读写就是通过这个g_Pcs8900指针进行的。

2.硬件初始化函数CS8900AInit。CS8900AInit函数的功能是执行对CS8900A以太网控制器芯片的硬件初始化，并且设置其工作模式至一个确定的状态。CS8900AInit函数在%_WINCEROOT%\PLATFORM\DEVICEEMULATOR\SRC\DRIVERS\ETHERNET\cs8900a.c源文件中实现，其函数定义：

BOOL CS8900AInit（UINT *pAddress, UINT32 offset, UNIT16 MAC[3]）;

*pAddress指针参数记录以太网控制器的I/O端口基地址。Offset成员则是偏移地址，在当前的CS8900AInit函数中它没有被使用。Mac数组记录以太网端口的48位MAC地址。

如果把对全局变量g_pCS8900赋值看作是CS8900AInit函数执行的第一步，则它的第二个执行步骤就是检测CS8900A以太网控制器芯片是否在目标硬件平台上真实存在：

If (ReadPacketPage(EISA_NUMBER)!=CS8900A_EISA_NUMBER)

{

OALMSGS(OAL_ERROR,(L”ERROR:CS8900AInit:Failed detect chip\r\n”));

Goto Exit;

}

检测CS8900A芯片是否存在的依据是读取PacketPage中便宜地址为0的产品ID寄存器，这是个只读的寄存器。如果读取EISA_NUMBER寄存器返回的16为数值是0X630E，则CS8900A芯片存在，否则不存在，CS8900AInit函数中止执行，并且向它的调用者返回FALSE表示执行失败。

CS8900AInit函数执行的第三个步骤就是通过软件操作出发CS8900A芯片复位：

WritePacketPage(SELT_CTL,SELF_CTL_RESET);

接下来，CS8900AInt函数接下来执行两个步骤：

1）等待CS8900A芯片软件复位后完成芯片初始化；

2）等待CS8900A芯片外置的用于存放芯片初始化配置信息的EEPROM存储器可被访问；

接下来CS8900AInit函数要为受CS8900A芯片控制的以太网端口设置MAC地址，方法是写INDIVIDUAL_ADDRESS寄存器：

WritePacketPage(INDIVIDUAL_ADDRESS + 0,mac[0]);

WritePacketPage(INDIVIDUAL_ADDRESS + 0,mac[1]);

WritePacketPage(INDIVIDUAL_ADDRESS + 0,mac[2]);

CS8900AInit剩下的代码就是配置CS8900A以太网控制器的收发数据帧的模式，分为以下四个步骤：

1）配置允许CS8900A以太网控制器芯片接收的以太网数据帧类型：

WritePacketPage(RX_CTL,RX_CTL_RX_OK|RX_CTL_INDIVIDUAL|RX_CTL_BRODCAST);

2）配置CS8900A以太网控制器芯片以中断方式接收数据帧：

WritePacketPage(RX_CFG,RX_CFG_RX_OK_IE);

3）配置CS8900A以太网控制器芯片选择使用第0号中断引脚；

WritePacketPage(INTERRUPT_NUMBER,0);

4）配置CS8900A以太网控制器芯片使之允许接收发送数据帧：

WritePacketPage(LINE_CTL,LINE_CTL_RX_OK|LINE_CTL_TX_ON);

3.发送以太网数据帧。CS8900ASendFrame函数的功能是向以太网发出一个数据帧。其函数原型：

UINT16 CS8900ASendFrame(UINT8 *pData, UINT32 length);

pData参数是指向待发送数据在主机中存放位置的地址指针，length参数记录是以字节为单位的待发送数据的长度。尽管函数的返回值类型定义为UINT16，但是它实际返回的是知识函数执行是否成功的BOOL值。

CS8900ASendFrame函数按照以下步骤完成数据的发送任务：

1）写发送命令和数据长度：

OUTPORT16(&g_pCS8900->TXCMD,TX_CMD_START_ALL);

OUTPORT16(&g_pCS8900->TXLENGTH,length);

这里的宏定义TX_CMD_START_ALL的实际数值（3<<6）,它把发送命令端口TxCMD的第6位和第7位（TTxStart）置1，其作用是限定只有当整个数据帧都被写入CS8900A时才开始向外部网络发送数据。

2）检测CS8900A芯片已准备好接收来自主机的待发送数据：

Count = RETRY_COUNT;

While(count-->0){

If((ReadPacketPage(BUS_ST) & BUS_ST_TX_RDY)!=0) break;

}

If (count ==0) goto cleanup;

总线状态寄存器BusST(PacketPage内偏移地址为0138H)的第8位（Rdy4TxNOW）用于CS8900A芯片向主机通知已准备好接收数据，该位置1表示CS8900A已准备好接收来自主机的待发送数据。以上代码采用的是轮询而非中断的方式查询CS8900A芯片是否准备就绪，另一个更好的办法是，将缓冲配置寄存器BufCFG的第8位（Rdy4TxiE）置1，当CS8900A芯片准备好接收待发送数据时将向主机发出中断信号。

3）将待发送的数据依次写入CS8900A的数据端口：

Length = (length + 1)>>1;

While (length-- >0) {

OUTPORT16(&G_Pcs8900->DATA0, *(UINT16*)pData);

pData += sizeof(UINT16);

}

4.接收以太网数据帧CS8900AGetFrame函数。数据帧接收必定要涉及中断，还很有可能要使用DMA操作将接收到的数据从CS8900A芯片搬移到主机中。网络数据如果通过了CS8900A芯片的地址过滤器的筛选（单播地址或广播地址的数据帧），则CS8900A开始接收数据。如果一个数据帧被CS8900A全部接收完毕，具有有效的以太网数据帧长度并且CRC校验无错误，则CS8900A向主机触发RxOK中断，则主机通过CS8900A的数据端口将数据帧读出。

CS8900AGetFrame函数的原型定义如下：

UINT16 CS8900AGetFrame（UINT8 *pData, UINT16 *pLength）；

pData参数是主机用来存放接收到的数据帧的内缓冲区起始地址，pLength参数所指向的内存单元记录接收缓冲区的以字节为单位的长度。CS8900AGetFrame函数的返回值是以字节为单位的实际接收到的数据的长度。

CS8900AGetFrame函数首先读CS8900A的ISQ端口，并且判断是否有RxOK中断存在：

Isq = INPORT16(&g_Pcs8900->ISQ);

If ((isq & ISQ_ID_MASK) == RX_EVENT_ID && (isq & RX_EVENT_RX_OK)!=0{

……

}

按照CS8900A的中断机制运行原理，当有中断事件发生时，除反映在事件寄存器的对应位外，还要把该事件寄存器关联到ISQ端口，然后触发中断引脚。此时，ISQ端口的最低6位记录所关联的寄存器的内部偏移地址，其余为是关联寄存器的数据内容。CS8900A芯片共有5个寄存器可以关联到它的ISQ端口，除3个时间寄存器（接收事件寄存器RxEvent、发送事件寄存器TxEvent和缓冲区事件寄存器BufEvent）外，另外两个是接收帧丢失计数器RxMISS和发送冲突计数器TxCOL。所以CS8900AGetFrame函数检测到RxOK中断必须满足两个条件：接收事件寄存器RxEvent（PacketPage内偏移地址为0124H）被关联到ISQ端口，并且其中的RxOK位（第8位）被置1.

如果这两个条件均满足，则主机可以从CS8900A的数据端口读取数据了。读取数据的操作可以按以下的顺序进行：首先是本次数据接收的状态和以字节为单位的数据总长度：

//Get RxStatus and length

Status = INPORT16(&G_Pcs8900->DATA0);

length = INPORT16(&G_Pcs8900->DATA0);

然后是由length指定字节数总长度的帧数据。

如果主机所提供的接收数据缓冲区不够用，则终止数据接收操作并且指令CS8900A丢弃接收到的数据：将接收配置寄存器RxCFG的第6位（Skip_1）置位。这会将当前存在于CS8900A芯片的接收数据缓冲区内的数据帧全部丢弃：

If (length> *pLength) {

// if packet doesn’t fit in buffer, skip it

Data = ReadPacketPage(RX_CFG);

WritePacketPage(RX_CFG, data |RX_CFG_SKIP_1);

Length = 0;

} else{

…

}

5.启用与禁用CS8900A的中断功能的函数CS8900AEnableInts和CS8900ADisableInts。在CS8900A中，总线控制器BusCTL(PacketPage内偏移地址为0116H)的第15位（EnableIRQ）是否被置位即表示CS8900A是否会根据相应的事件产生中断。

6.CS8900A的配置地址过滤机制的函数。CS8900ACurrentPacketFilter和CS8900AMulticastList。

4 网络驱动的编译与加载

在WinCE下，所有的驱动程序都以用户态的DLL文件形式存在。当编写完驱动的模块化接口之后，我们就要将这个模块编译成*．DLL的动态库，然后在编译系统的时候将该DLL动态库加载到系统内核里去，这样操作系统就可以在运行时动态的加载需要的应用程序。

下面以移植CS89O0网卡驱动为实例，介绍如何将网络设备驱动模块加载到WinCE 的内核，编译器为Platform-Builder5．O(简称PB5．O)。其编译、加载过程主要分为六步：

(1)在硬件平台BSP的DRIVERS目录下创建新目录CS89OO。

(2)修改DRIVERS下的DIRS文件，DIR下定义了编译器需要编译的内容，所以需要在DIRS文件中将CS8900目录添加上。

(3)将编写好网络驱动源程序代码拷贝到CS89OO目录下。

(4)编写网络设备驱动的sources文件，告诉编译器和连接器如何编译及连接本驱动程序。这样的sources文件在每个WinCE的驱动下面都有一个，是为了给PB编译驱动的时候提供编译“向导”的。其关键内容为：TARGETTYPE定义编译该驱动成为哪种形式，有DLL和Lib两种形式；TARGETLIBS定义编译该程序的时候需要连接的其他库；SOURCES确定需要编译的文件。本驱动被编译成的形式为DLL，链接了ndis，ntcompat，coredll，ceddk 4个静态库。

(5)编写CS8900的注册表文件，可参考WinCE自带的驱动源码ne2000网卡驱动的注册表文件编写CS8900的注册表文件。注册表定义了网卡的基本参数信息提供给操作系统，其中：Parms项提供网卡驱动在系统中的逻辑中断号，读写基地址，总线类型；TcpIp项提供了网卡IP

地址信息等，如果要修改IP地址就在本注册表项中修改。特别注意网卡的中断的设置，在WinCE中，与外设对应的中断在0AL层被定义，所以这里的中断号必须与0AL层设置的一致，否则网络驱动将无法工作。

(6)将驱动编译进系统内核，修改系统平台初始化文件platform．bib。

经过上述步骤之后，重新编译内核，将内核下载到嵌入式主板上，就可以看到类似Windows操作系统的网络连接一样标志，说明网卡驱动已经被加载到内核。

    本文在介绍嵌入式WinCE网络驱动架构的基础上，参照WinCE提供的网络驱动模型，详细介绍了嵌入式WinCE以太网驱动程序的设计原理，并已经成功的移植了驱动程序，在嵌入式WinCE下稳定运行。本网络接口已经用于脉冲发生器的远程控制，运行稳定。