英创ARM9系列嵌入式主板,均预装了WinCE 5.0、WinCE 6.0操作系统,用户可使用标准的C/C++或C#进行应用程序的开发。英创的嵌入式板卡一大特色就是提供了丰富的通讯接口,并实现了相应的驱动程序,用户只需直接调用相应的接口函数即可实现。
在使用C#进行应用程序开发时,由于C#无法使用C++的静态库函数,对于一些流式驱动设备,比如ISA,GPIO,WDT,CAN,SPI,IRQ等,没有封装好的库函数可操作,如果希望控制它们,一种办法是使用C编写com组件,在com组件中调用英创提供的相应主板SDK包里的静态库函数;另一种方法是直接调用API函数来访问设备驱动。
对于大多数的流式驱动设备,应用程序使用的一般过程:
1、通过CreatFile打开设备,获得设备句柄。
2、使用ReadFile读取数据,使用WriteFile发送数据,以及使用DeviceIoControl对设备驱动进行设置、读写等操作。
3、使用完毕,用CloseHandle关闭设备。
在一般情况下,设备的专用功能都是通过DeviceIoControl来实现的,因此如何通过C#编程来操作DeviceIoControl尤为重要。本文以英创ARM9嵌入式主板EM9170为例,介绍如何使用DeviceIoControl来操作主板的ISA接口进行读写。GPIO,WDT,CAN,SPI,IRQ等其他流式设备的操作请参看英创开发光盘内提供的相关例程。
1、DeviceIoControl函数的定义
在wince中核心库为coredll.dll,相当于window的kernel32.dll和user32.dll。要调用核心库,首先需要在代码中添加引用:
using System.Runtime.InteropServices;
在c#中DeviceIoControl及CreatFiles,CloseHandle函数声明,及相关变量定义方法如下(该写法并不固定)。
[DllImport('coredll.dll', EntryPoint = 'CreateFile', CharSet = CharSet.Unicode)]
private static extern int CreateFile(String lpFileName,
uint dwDesiredAccess,
uint dwShareMode,
int lpSecurityAttributes,
int dwCreationDisposition,
int dwFlagsAndAttributes,
int hTemplateFile);
[DllImport('coredll.dll', EntryPoint = 'CloseHandle')]
private static extern int CloseHandle(int hObject);
[DllImport('coredll.dll', EntryPoint = 'DeviceIoControl')]
private static extern bool DeviceIoControl(int hDevice,
uint dwIoControlCode,
byte[] lpInBuf,
uint nInBufSize,
byte[] lpOutBuf,
uint nOutBufSize,
ref uint lpBytesReturned,
uint lpOverlapped);
DeviceIoControl函数参数分析:
参数 | 定义 |
hDevice |
设备句柄 Handle类型 c#中可以对应成int或uint或IntPtr 通过CreatFiles获得 |
dwIoControlCode |
驱动控制命令 DWORD类型 C#中可以对应成int或uint 不同设备该值定义不同,根据该参数lpInBuffer,nInBufSize,lpOutBuf,nOutBufSize参数定义也不同,在c中,该值的宏定义为 #define CTL_CODE(DeviceType, Function, Method, Access) ( ((DeviceType) << 16) | ((Access) << 14) | ((Function) << 2) | (Method) ) 根据DeviceType, Function, Method, Access转换而来 在前面代码中为英创嵌入式主板EM9170的ISA及GPIO的CTL_CODE值定义,比如GPIO输出控制的CTL_CODE定义 private const uint GPIO_IOCTL_OUT_ENABLE = (FILE_DEVICE_BUS_EXTENDER << 16) | (FILE_ANY_ACCESS << 14) | ( 3900<< 2) | (METHOD_BUFFERED); 更多的dwIoControlCode值定义和输入输出参数定义请参看英创相关例程 |
lpInBuffer |
输入BUFFER LPVOID类型 C#中可以对应成byte[]或ref Struct等,也可以使用unsafe传递指针 应用程序传递给驱动的数据指针 一般用byte[]的通用性好些,对于需要传递结构体指针的地方,可以使用Marshal类的方法拷贝结构体到byte数组内,或者直接根据struct成员值修改byte数组的相应位 |
nInBufSize |
输入BUFFER长度 DWORD类型 如果DeviceIoControl操作无输出BUFFER,一般lpInBuffer为null,nInBufSize为0 |
lpOutBuf |
输出BUFFER LPVOID类型 |
nOutBufSize |
输入BUFFER长度 DWORD类型 |
lpBytesReturned |
操作程序实际返回的字节数指针 LPDWORD类型 C#中一般对应为ref uint |
lpOverlapped |
重叠操作结构 没有使用,定为uint传0,或者IntPtr传IntPtr.Zero |
在C#调用外部dll时,可以用uint来对应DWORD,用ref uint来对应LPDWORD,用IntPtr来对应各种指针,更通用的,可以直接使用byte[]来对应各种指针。
2、DeviceIoControl函数的操作实例
以英创嵌入式主板EM9170的ISA操作为例,以下代码包括了CreatFile需要的参数定义,ISA操作的IOCTL定义,和ISA的DeviceIoControl操作传入参数结构体的定义,和封装DeviceIoControl的两个ISA函数定义。
主函数操作程序打开ISA设备,并操作ISA输出输入,最后关闭设备。
private const uint GENERIC_READ = 0x80000000;
private const uint GENERIC_WRITE = 0x40000000;
private const uint FILE_SHARE_READ = 0x00000001;
private const uint FILE_SHARE_WRITE = 0x00000002;
private const int OPEN_EXISTING = 3;
private const int FILE_FLAG_RANDOM_ACCESS = 0x10000000;
//------------------------bsp_drivers----------------------------------
//winioctl
private const uint FILE_DEVICE_BUS_EXTENDER = 0x0000002a;
private const uint METHOD_BUFFERED = 0;
private const uint FILE_ANY_ACCESS = 0;
// ISA IO Control Codes
private const uint ISA_IOCTL_READ_WRITE = (FILE_DEVICE_BUS_EXTENDER << 16) | (FILE_ANY_ACCESS << 14) | (3910 << 2) | (METHOD_BUFFERED);
private const uint ISA_IOCTL_BUS_RESET = (FILE_DEVICE_BUS_EXTENDER << 16) | (FILE_ANY_ACCESS << 14) | (3911 << 2) | (METHOD_BUFFERED);
//------------------------bsp_drivers_end------------------------------
[StructLayout(LayoutKind.Explicit, Size = 16)]
public struct ISA_BUS_ACCESS
{
[FieldOffset(0)]public uint dwCmd; // = 0: Read, = 1: Write
[FieldOffset(4)]public uint dwSeg; // = 0: ISA_CS0, = 1: ISA_CS1
[FieldOffset(8)]public uint dwOffset;
[FieldOffset(12)]public uint dwValue; // only lower byte valid
}
public static int OpenISA_DIO(String DevName)
{
int handle;
handle = CreateFile(DevName,
GENERIC_READ | GENERIC_WRITE,
FILE_SHARE_READ | FILE_SHARE_WRITE, // sharing mode
0, // security attributes (ignored)
OPEN_EXISTING, // creation disposition
FILE_FLAG_RANDOM_ACCESS, // flags/attributes
0);
return handle;
}
public static bool CloseISA_DIO(int hISA_DIO)
{
if (hISA_DIO != 0)
{
if (CloseHandle(hISA_DIO) != 0)
{
return false;
}
}
return true;
}
public static bool ISA_Read(int hISA_DIO, int nSeg, uint nOffset, ref byte pRdValue)
{
ISA_BUS_ACCESS isabus;
uint lpBytesReturned = 0;
isabus.dwCmd = 0;
isabus.dwSeg = (uint)nSeg;
isabus.dwOffset = nOffset;
isabus.dwValue = 0;
int size = Marshal.SizeOf(typeof(ISA_BUS_ACCESS));
byte[] lpIntBuf = new byte[size];
IntPtr buffer = Marshal.AllocHGlobal(size);
try
{
Marshal.StructureToPtr(isabus, buffer, false);
Marshal.Copy(buffer, lpIntBuf, 0, size);
}
finally
{
Marshal.FreeHGlobal(buffer);
}
byte[] lpOutBuf = new byte[sizeof(byte)];
if (!DeviceIoControl(hISA_DIO, // file handle to the driver
ISA_IOCTL_READ_WRITE, // I/O control code
lpIntBuf, // in buffer
(uint)size, // in buffer size
lpOutBuf, // out buffer
sizeof(byte), // out buffer size
ref lpBytesReturned, // pointer to number of bytes returned
0)) // ignored (=NULL)
{
return false;
}
pRdValue = lpOutBuf[0];
return true;
}
public static bool ISA_Write(int hISA_DIO, int nSeg, uint nOffset, byte ucWrValue)
{
ISA_BUS_ACCESS isabus;
uint lpBytesReturned = 0;
isabus.dwCmd = 1;
isabus.dwSeg = (uint)nSeg;
isabus.dwOffset = nOffset;
isabus.dwValue = (uint)ucWrValue;
int size = Marshal.SizeOf(typeof(ISA_BUS_ACCESS));
byte[] lpIntBuf = new byte[size];
IntPtr buffer = Marshal.AllocHGlobal(size);
try
{
Marshal.StructureToPtr(isabus, buffer, false);
Marshal.Copy(buffer, lpIntBuf, 0, size);
}
finally
{
Marshal.FreeHGlobal(buffer);
}
if (!DeviceIoControl(hISA_DIO, // file handle to the driver
ISA_IOCTL_READ_WRITE, // I/O control code
lpIntBuf, // in buffer
(uint)size, // in buffer size
null, // out buffer
0, // out buffer size
ref lpBytesReturned, // pointer to number of bytes returned
0)) // ignored (=NULL)
{
return false;
}
return true;
}
static void Main(string[] args)
{
const int ISA_CS1 = 1;
int hISA;
hISA = OpenISA_DIO('ISA1:');
if( hISA == -1 )
{
Console.Write('Open ISA_DIO device fail!');
return;
}
bRet = ISA_Write(hISA, ISA_CS1, 0, b);
bRet = ISA_Read(hISA, ISA_CS1, 0, ref b);
CloseISA_DIO(hISA);
return;
}
3、传递结构体的操作说明
该例程的ISA_Read,ISA_Write和函数中,DeviceIoControl的参数lpIntBuf需要传递一个结构体指针,关于结构体的操作需要按以下步骤。
所以首先需要定义一个和接口定义相同的结构体,在C#中定义与C接口的结构体需要使用StructLayout字段声明结构体的大小,和对齐规则。
在每个成员前面用FieldOffset字段设定该成员在结构体中的偏移。
[StructLayout(LayoutKind.Explicit, Size = 16)]
public struct ISA_BUS_ACCESS
{
[FieldOffset(0)]public uint dwCmd; // = 0: Read, = 1: Write
[FieldOffset(4)]public uint dwSeg; // = 0: ISA_CS0, = 1: ISA_CS1
[FieldOffset(8)]public uint dwOffset;
[FieldOffset(12)]public uint dwValue; // only lower byte valid
}
然后设定结构体各成员值,将结构体拷贝到byte[]中,在C#中将结构体拷贝到byte数组需要使用Marshal类。
首先计算结构体大小
int size = Marshal.SizeOf(typeof(ISA_BUS_ACCESS));
创建一个byte[]
byte[] lpIntBuf = new byte[size];
用AllocHGlobal申请一块非托管空间,并获得该空间的指针
IntPtr buffer = Marshal.AllocHGlobal(size);
然后用StructureToPtr将结构体拷贝到指针位置,再用Copy将指针位置数据拷贝到byte数组。因为之前申请了内存空间,使用try-finally确报用FreeHGlobal释放空间
try
{
Marshal.StructureToPtr(isabus, buffer, false);
Marshal.Copy(buffer, lpIntBuf, 0, size);
}
finally
{
Marshal.FreeHGlobal(buffer);
}
以上操作包括空间申请与释放,效率并不高,为提高效率,应当将结构体成员变量值直接赋值到byte数组相应位置,如:
ISA_BUS_ACCESS isabus;
isabus.dwCmd = 1;
修改为
lpIntBuf[3] = 1;
注意整数的低位在高地址。
4、英创EM9170其他使用DeviceIoControl操作的设备dwIoControlCode值定义
//------------------------bsp_drivers----------------------------------
//winioctl
private const uint FILE_DEVICE_BUS_EXTENDER = 0x0000002a;
private const uint METHOD_BUFFERED = 0;
private const uint FILE_ANY_ACCESS = 0;
// GPIO IO Control Codes
private const uint GPIO_IOCTL_OUT_ENABLE = (FILE_DEVICE_BUS_EXTENDER << 16) | (FILE_ANY_ACCESS << 14) | ( 3900<< 2) | (METHOD_BUFFERED);
private const uint GPIO_IOCTL_OUT_DISABLE = (FILE_DEVICE_BUS_EXTENDER << 16) | (FILE_ANY_ACCESS << 14) | (3901 << 2) | (METHOD_BUFFERED);
private const uint GPIO_IOCTL_OUT_SET = (FILE_DEVICE_BUS_EXTENDER << 16) | (FILE_ANY_ACCESS << 14) | (3902 << 2) | (METHOD_BUFFERED);
private const uint GPIO_IOCTL_OUT_CLEAR = (FILE_DEVICE_BUS_EXTENDER << 16) | (FILE_ANY_ACCESS << 14) | (3903 << 2) | (METHOD_BUFFERED);
private const uint GPIO_IOCTL_PIN_STATE = (FILE_DEVICE_BUS_EXTENDER << 16) | (FILE_ANY_ACCESS << 14) | (3904 << 2) | (METHOD_BUFFERED);
// ISA IO Control Codes
private const uint ISA_IOCTL_READ_WRITE = (FILE_DEVICE_BUS_EXTENDER << 16) | (FILE_ANY_ACCESS << 14) | (3910 << 2) | (METHOD_BUFFERED);
private const uint ISA_IOCTL_BUS_RESET = (FILE_DEVICE_BUS_EXTENDER << 16) | (FILE_ANY_ACCESS << 14) | (3911 << 2) | (METHOD_BUFFERED);
//private const uint ISA_IOCTL_REDA_CS1 = (FILE_DEVICE_BUS_EXTENDER << 16) | (FILE_ANY_ACCESS << 14) | (3912 << 2) | (METHOD_BUFFERED);
//private const uint ISA_IOCTL_WRITE_CS1 = (FILE_DEVICE_BUS_EXTENDER << 16) | (FILE_ANY_ACCESS << 14) | (3913 << 2) | (METHOD_BUFFERED);
// SPI IO Control Codes
private const uint CSPI_IOCTL_EXCHANGE = (FILE_DEVICE_BUS_EXTENDER << 16) | (FILE_ANY_ACCESS << 14) | (3030 << 2) | (METHOD_BUFFERED);
// IRQ IO Control Codes
private const uint IOCTL_WAIT_FOR_IRQ = (FILE_DEVICE_BUS_EXTENDER << 16) | (FILE_ANY_ACCESS << 14) | (3920 << 2) | (METHOD_BUFFERED);
private const uint IOCTL_SEND_EOI = (FILE_DEVICE_BUS_EXTENDER << 16) | (FILE_ANY_ACCESS << 14) | (3921 << 2) | (METHOD_BUFFERED);
//------------------------bsp_drivers_end------------------------------
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