Windows CE电池驱动 采样算法的改进设计

引 言
    随着电子和信息技术的发展，手机、PDA移动终端设备得到了广泛使用，且移动终端设备的处理器性能越来越高，无线应用程序不断增加，图形功能越来越先进。这些功能上的增加导致了移动终端产品的功耗越来越大，电池的性能已经成为衡量其质量的重要标准之一；然而电池的性能不仅仅取决于其硬件的特性，其驱动程序的优劣也直接影响它的续航能力和稳定性。

1 开发平台介绍
    Windows CE是微软公司为嵌入式设备打造的操作系统，而嵌入式设备多种多样，这就要求操作系统必须是可定制的，所以微软公司将Windows CE设计为模块化的操作系统。Windows CE是紧凑、高效、可伸缩的32位嵌入式操作系统。该系统所具有的多线程、多任务、完全抢占式的特点，是专为各种具有严格资源限制的硬件系统所设计的口。
    S3C2443是为应用于小型掌上设备和高性价比、低功耗、高性能的嵌入式系统应用而提供的16／32位精简指令集微控制器。S3C2440使用了ARM920T内核，采用了O．13μm技术标准，功耗低，非常适合需要控制成本和功耗应用的场合；S3C2443提供了具有10个通道、10位ADC和触摸屏的接口。

2 电池驱动软硬件架构设计
2．1 硬件架构设计
    电池硬件架构设计的好坏，直接影响到电池的使用寿命、续航能力等方面的性能。根据实际项目的需要，硬件上应该实现以下的功能：CPU检测电池是否插入，CPU检测AC是否插入，CPU完成电池和AC之间的切换，CPU通过CPLD来控制电源指示灯的状态。电池驱动硬件架构如图1所示。

    ①CPU通过判断电池端GPIO的状态来检测电池是否存在。如果检测到电池插入或者拔出，则通过CPLD来控制LED，以标示电池是否正在供电。
    ②CPU通过判断AC端GPIO的状态来检测AC是否存在。如果检测到AC插入，则通过CPLD来完成电池和AC之间的切换，由AC进行供电，然后控制LED的状态以标示AC是否正在供电。
    ③当电池电量充满之后，CPU检测电池端电压的变化来判断是否充满，并通过CPLD控制LED的状态以标示电池电量是否已经饱和。
    ④CPU检测到AC拔掉时，通过CPLD来完成电池和AC之间的切换，由电池进行供电，然后控制LED的状态以标示由电池正在供电。
2．2 电池驱动的软件架构设计
    Windows CE中包含的样本设备驱动程序分为两种类型：单片驱动程序(monolithic device driver)和分层驱动程序(Iayered device driver)。电池驱动采用分层驱动开发模式，如图2所示。分层驱动程序由两个独立的层组成：上层是模型设备驱动程序(MDD)，下层是依赖平台的驱动程序(PDD)。微软提供了所有与MDD模块相关的源代码，而且不建议OEM厂商进行修改。OEM只需要实现底层(PDD)的驱动程序，然后将自己的PDD模块与MDD模块链结成一个公用库。MDD通过IOCTLS调用PDD中的特定函数来实现硬件的具体功能。在系统上电自检成功后，上层调用电池驱动入口函数，进行电池驱动初始化工作：
    ①系统初始化，检索注册表并加载电池驱动的相关信息。
    ②调用PDD层的初始化函数BatteryPDDInitialize，初始化CPU的GPIO、相关寄存器和电池状态全局变量。
    ③创建并判断中断事件是否创建成功。
    ④如果中断事件成功，则创建电池线程，读取ADC寄存器值。在线程的主调函数中，设置电池线程的优先级，然后在循环中等待中断事件。
    ⑤读取ADC值并进行修正算法。
    ⑥调用PDD层的电池状态函数BatteryPDDGetSta—tus，通过判断电池和AC等硬件，GPIO来判断当前硬件的状态。如果电池存在，则调用上述线程来读取电池ADC值，判断当前电池的电量状态。

2．3 电池电压采样算法与误差修正算法设计
    CPU通过检测电池端的电压得到当前的电池电量。电池的电压和电量之间有一定的对应关系，通过这种对应关系可以判断当前电池的电量。通过实际测量发现，其对应关系如图3所示。可见，电池的电池电压和电量之间的对应关系并非是线性的。

    为了更精确地判断出当前电池的电量，对图3所示的电池电压和电量关系图进行了分段修正处理，可以划分为①、②、③三个区间。每个区间的斜率不同，近似斜率分别为：

    当前电压Vy处于①、②、③区间时，其对应的电量分别为：

3 基于WindOWS CE的电池驱动实现
3．1 注册表的设置
    当系统启动的时候，device．exe会根据注册表的设置查找电池驱动的动态链接库文件，如下面的示例，将会加载动态链接库文件battdrvr．dll。注册表设置会标识编译后生成的电池驱动动态链接库的文件名、启动时的加载顺序、注册表中的前缀名、电源管理的IClaSS。这些选项都是必需的，可以把这些信息加入到Platform．reg文件中，以实现对电池驱动的加载和管理。
3．2 基于S3C2443 CPU的电量采样算法实现
    图4显示了S3C2443 CPU中A／D转换的框图。S3C2443提供了10个可以进行模拟电压检测的通道，分别是XP、XM、YP、YM、A[5：0]。XP、XM、YP、YM四个通道通常是给触摸屏进行坐标采样使用，在电池驱动中，根据硬件的设计要求选择A[5：0]六个通道中的其中一个进行电池电压的采样。S3C2443提供了4种A／D转换模式：正常转换模式、X／Y交替转换模式、X／Y自动转换模式、等待中断模式。在电池驱动的设计中，只需要选择正常转换模式即可，其余3种A／D转换模式是提供给触摸屏使用。

    根据三星公司S3C2443 CPU的特性，下面给出一种实现电池电压采样的实例：

3．3 电池电压采样算法与误差修正算法实现
    根据上述电池电压、电量之间误差修正算法的设计思路，进行了如下的算法实现：首先定义一个结构体，包含ADC值和其对应的百分比值变量，这样做的好处是为了方便把采样到的ADC值，根据三段折线段的斜率运算，转换成对应的剩余电量百分比。

   
    然后，定义三折线段的基准参考ADC值和对应的百分比值。这些可以根据实际的电池放电试验和经验得到，因此需要根据具体的项目要求进行修改。

   
    最后，用电池电压、电量之间误差修正算法的设计来实现该算法。

3．4 Windows CE PDD层电池状态函数实现实例
    下面主要是对于Windows CE PDD层电池状态函数进行了实现，但是具体的实现细节需要根据项目的要求进行修改和完善。

4 总结与展望
    笔者设计的电池驱动的软硬件架构是独立于具体的开发平台的，可以方便地移植到各种平台上。结合Windows CE和三星公司S3C2443 CPU的特性，本文给出了该架构的一种电池驱动程序的实现方案。其创新点是提出了利用分段采样的方法来修正电池电压和电量非线性误差，提出并分析了平台独立的电池驱动的软硬件架构。本设计方案已经在基于Windows CE操作系统平台上得以实现，且在实际项目开发中得到广泛采用，获得了良好的效果。