基于Windows CE PS2键盘的同步串口实现

基于Windows CE PS 2键盘的同步串口实现 周英杰 刘佩林 上海交通大学 电子信息与电气工程学院 上海 200240 摘 要 键盘经常作为嵌入式开发和应用的外设 使用Windows CE作为嵌入式操作系统 Intel R 公司的 PXA255作为 主控芯片进行嵌入式平台的开发时 由于Windows CE上提供了对PS 2键盘输入的支持 而PXA255本身不带PS 2控制 器 所以不能直接使用PS 2键盘作为输入外设 如果对键盘的物理层传输端口进行变通 而传输的内容仍符合PS 2协议 则可以利用Windows CE自带的键盘驱动程序 实现高效的键盘输入 PXA255上集成有同步串口控制器 SSPC 所以使用 基于8051核的通用单片机模拟同步串口作为键盘的物理层传输端口 来实现PS 2键盘输入 关键词 Windows CE PXA255 SSPC 单片机 键盘 中图分类号 TP31 TP33 文献标识码 B 文章编号 1004373X 2006 1408302 Synchronous Serial Port Realization Based on Windows CE PS 2 Keyboard ZHOU Yingjie LIU Peilin School of Electronic Information and Electrical Engineering Shanghai Jiaotong University Shanghai 200240 China Abstract Keyboard is often used in embedded applications When Windows CE is used as embedded operation system and Intel PXA255 is used as the main chip to develop embedded system PS 2 keyboard can not be used directly The reason is that Windows CE provides the PS 2 keyboard input driver but PXA255 without PS 2 port supply If transport of keyboard input is made a transformation and the data format match to PS 2 the keyboard driver of Windows CE can be used directly Being the SSPC on PXA255 an 8051 core MCU can be used to simulate a Synchronous Serial Port SSP We can use this SSP as physi2 cal transport to implement the PS 2 keyboard input Keywords Windows CE PXA255 SSPC single chip keyboard 收稿日期 20060213 1 引 言 Intel R PXA255 是Intel R 公司的一款基于ARM核 版 本 5TE ISA 的专用标准产品 Application Specific Stand2 ard Product ASSP 该产品提供了业内领先的指令 功耗 比 MIPS mW PXA255是一个片上高度集成系统 其内 部采用了基于Intel XScale R 的微处理器架构 并提供了不 同的系统外设资源 1 该款芯片能很好地支持微软的 Windows CE 常配合用来进行嵌入式系统开发 在嵌入式系统开发中 为实现便利的人机接口 一般 需要有键盘输入 在PXA255上 没有集成片上PS 2主 控制器 Windows CE 3 0以上版本 都提供了对PS 2协 议键盘的支持 如果将键盘输入数据以PS 2的格式传输 给芯片 则可以利用Windows CE系统自带的键盘驱动 在实现键盘输入的同时 提供简洁的系统驱动 PS 2标准键盘物理层传输需要2根信号线 分别为 时钟线 SCK 数据线 SDA 同时 还需要对方是PS 2 主控制器 如果对外部键盘的物理层输入方式进行变通 而传输的数据仍符合PS 2协议 这样 就可以在Windows CE嵌入式系统中方便地利用其自带的驱动资源 高效 紧 凑的完成键盘部分的处理 为实现外部键盘的物理层传 输 现采用单片机模拟同步串口 和PXA255上同步串口 控制器配合 来实现和主控芯片的通信 2 PXA255同步串口介绍 同步串口控制器 SSPC 为PXA255上一个全双工同 步串口 工作在主模式 支持7 2 k 1 84 M的比特速率 传输 其传输的数据长度为4 16 b 并且提供了16 b 16 Word的片上FIFO 该SSPC可以兼容TI的同步串口 Motorola SPI模式 National Microwire3 模式 其具体的 信号定义如表1所示 表1 PXA255信号定义 信号名称方向描述 串行时钟 SSPSCL K 输出串行时钟 串行帧 SSPSFRM 输出帧指示 串行数据出 SSPTXD 输出发送数据 串行数据入 SSPRXD 输入接收数据 外部时钟 SSPEXTCL K 输入 外部时钟 可以用来 驱动串行时钟 注 输出指PXA255 外部 输入指PXA255 外部 以支持TI同步串口的单帧数据传输为例 介绍其工 作时序原理 38 现代电子技术 2006年第14期总第229期 嵌入式与单片机 如图1所示SSPC使用串行帧同步信号 SSPSFRM 的下降沿触发一帧信号的开始 先输出的是数据的最高 位 后输出的是数据的最低位 数据的输入 输出 都是在 串行时钟的上升沿触发 图1 单帧数据传输的工作时序 当采用MCU模拟同步串口时 PXA255为配合MCU 的响应时间 使用了低速率传输 同时 PS 2协议的数据 字长为8 b 所以SSPC采用如下设置主动模式 数据传输 速率为7 2 kb s 数据长度为8 b 接收FIFO门限设为0 FIFO深度为1 此时 接收FIFO来一个字节 就产生接 收FIFO中断 MCU上设置 模拟同步串口从模式 数据 比特速率由SSPC控制 数据长度为8 b 2 硬件接口连接原理及软件流程框图 具体的连接关系如图2所示 图2 硬件连接框图 单片机的工作流程 单片机使用P0和P3口实现键盘的扫描 在单片机内 部 通过软件实现键盘的去抖动 键值识别 重复按键识 别 将有效键值转换为PS 2协议的第二套扫描码 在扫描 到有效按键后 由8051的P1 0口向PXA255发送一个中 断 请求发送数据 然后由PXA255发出帧同步信号和串 行时钟 8051根据以上2个信号 配合PXA255给出串行 数据 完成当前传输 Windows CE的键盘接收驱动程序工作流程 键盘接收分为3步进行 首先 当PXA255检测到外 部键盘中断时 立即对中断进行处理 在键盘外部中断服 务程序中 SSPC为启动数据接收 先向外部写数据 此时 单片机开始向SSPC发送数据 其次 当SSPC的FIFO有 一帧数据时 SSPC产生 接收FIFO非空 中断 此中断作 为系统键盘中断 键盘内部中断 在系统键盘中断服务程 序中 读取FIFO中数据 发送键盘消息 最后 键盘数据 输入完成后 Windows CE自动完成键盘相应动作的处理 单片机工作过程 单片机工作过程如图3所示 图3 单片机的工作过程 单片机的设置程序如下 中断设置 2个外部中断 中断0 INT0 中断1 INT1 的中断触发方式均设置为下降沿触发 因为同步 串口的数据比特开始部分都是串行时钟的上升沿 所以为 使PXA255读到稳定的数据 单片机模拟串口时对数据的 输出 输入变换 都是在串行时钟的下降沿 也就是主串口 控制器的比特位中间的位置 EX0 1 外部中断0 用于帧使能检测 IT0 1 外部中断0 当下降沿到来时 触发中断 EX1 1 外部中断1 用于时钟沿检测 IT1 1 时钟下降沿触发中断 PXA255键盘部分工作流程如图4所示 图4 PXA255键盘部分工作流程 3 对PS 2协议的支持 因为键盘的数据是基于标准的PS 2协议生成的扫描 码 并且除了物理层传输使用同步串口外 其他的部分都是 基于PS 2协议 因此 只需将标准PS 2键盘驱动程序中的 数据源修改为同步串口接收FIFO 将同步FIFO的接收中 断设置为系统键盘中断 就可以直接给操作系统使用 4 使用同步串口进行键盘输入带来的好处 1 节省硬件资源 利用现有的硬件基础 实现键盘 输入 不需要另外增加硬件 下转第87页 48 总 线 与 网 络周英杰等 基于Windows CE PS 2键盘的同步串口实现 代理软件包括 代理守护模块 协议适配和处理模块 定时 和重传模块和外部接口模块等 服务端软件组成包括 侦听监控 认证处理 数据库操 作 日志记录 配置 用户管理以及界面显示处理等 3 1 认证代理软件 认证代理软件作为软交换安全认证系统的客户端模 块 用于对软交换各类设备 用户接入请求消息的适配和 变换 提供可靠的数据完整性和加密传输机制 通过网络 将该请求传送到服务端进行认证 采用两层结构设计 并 与软交换控制设备集成在一起 其中 低层部分是守护模 块 提供认证代理模块必要的后台运行支持 完成对各个 信源认证消息的接收以及认证处理任务的创建 高层部分 是协议解析 适配与处理模块 用于实现认证消息的解析 协议适配和完整性鉴别 并提供定时和重传机制 实现与 认证服务端 请求 应答 通信 对认证结果进行二次封装 和分发处理 图3 安全认证系统软件组成 3 2 认证服务端软件 服务端软件采用基于数据库的三层结构设计 运行在 独立的AAA服务器上 其中 底层部分用于通信的维护 实现对请求接入消息侦听和消息发送 并负责将每一个鉴 权请求通知服务端的认证处理 中间部分用于对接入请求 消息的认证处理 包括数据包协议解析 对象的数据库查 找和认证结果封装 高层部分用于对服务端软件系统的操 作维护 实现对认证系统的基本配置 用户数据管理 连接 实时监控 日志记录和综合显示等功能 4 结 语 本文从网络安全角度出发 对软交换安全认证技术进 行了分析和研究 提出了基于MGC的软交换安全认证机 制 并成功地应用到某软交换预先研究课题中 实现了软 交换设备注册 动态接入识别 用户授权访问等安全认证 功能 满足了系统的安全性要求 参 考 文 献 1 IETF Network Working Group PPP Challenge Handshake Authentication Protocol CHAP RFC 1994 August 1996 2 IETF Network Working Group Remote Authentication Dial in User Service RADIUS June 2000 3 YD T1243 32002 媒体网关设备技术要求综合接入 媒体网关 2002 作者简介 杨国瑞 1972年出生 中国电子科技集团公司第五十四研究所工程师 主要研究方向为通信设备与系统设计 鲍慧兰 1970年出生 石家庄职业技术学院计算机系讲师 主要研究方向为计算机应用 上接第84页 2 设计模块化 分工明确 主控芯片采用外部中断 方式来触发键盘输入 串口控制器自动接收数据 一帧数 据接收完毕后 产生内部键盘中断 在数据接收期间不需 要主控芯片干预 3 性价比高 所有低速的 占用CPU时间长的工作 包含键盘扫描 去抖动 扫描码映射等 都在外部由通用单 片机完成 需要快速处理的数据 由运行在主控芯片上的 Windows CE操作系统完成 这样 就在键盘输入上提高了 处理速度 5 结 论 PS 2协议是现在大多数键盘 鼠标与PC机通讯的标 准协议 Windows CE提供了对PS 2协议的键盘驱动 通 过对键盘接口物理层传输形式的改变 可以帮助设计者开 发出简洁 高效的键盘外设和键盘驱动 该键盘设计目前 已被应用于嵌入式设计中 并取得良好的效果 参 考 文 献 1 Intel R PXA255 Processor Developer s Manual DB OL http www intel com 2004 1 2006 1 2 陈向群 马洪兵 王雷 等 Windows CE NET系统分析及试 验教