S3C2440 Windows CE的RTC模块驱动设计与实现

1 引言

桌面Windows系统的时间显示功能已为大家所熟知，它是通过BIOS上的时钟模块实现的。用户通过点击桌面系统任务栏右下脚的时间，可以修改当前时间、时区以及实现与Internet时间同步等功能。

目前流行的手机、PDA、HMI(人机接口设备)等嵌入式系统中，都大量移植了微软的Windows
CE操作系统。虽然WinCE系统也实现了时间显示，但是在具体的实现中，其原理和方法与桌面系统大不相同，即使是基于不同嵌入式硬件平台的WinCE开
发，也有所不同。由于嵌入式系统的复杂性、分散性，目前嵌入式系统的实时时钟RTC功能的实现，大部分是在基于内嵌于SoC处理器的RTC功能IP模块的
基础上，通过软件驱动实现的。

S3C2440是三星公司推出的一款基于ARM920T处理器构架的低功耗、高性能的嵌入式SoC处理器，应用极为广泛。RTC是S3C2440的一个内
部功能模块，本文首先对于S3C2440的硬件架构进行介绍，在此基础上对S3C2440的RTC功能模块的工作机理进行了分析，最后给出Windows
CE.net下的RTC功能的驱动程序设计、实现，本驱动程序成功地应用在基于S3C2440Window
CE平台的手持GPS机实时时钟功能的实现，对于基于Windows CE.net其它硬件平台的RTC功能实现具有一定的借鉴作用。

2 硬件构架

WinCE下RTC功能实现是基于RTC模块的，在此先对S3C2440处理器作简单介绍，主要对于S3C2440的RTC的硬件结构、工作机理进行分析，这些是Windows CE.net下RTC功能实现的基础。

2.1 简介

S3C2440
是三星公司推出的基于ARM920T的嵌入式处理器，主频高达400MHz，最高可达533MHz，低功耗、高性能，广泛地应用于PDA、便携媒体播放
器、卫星导航仪等多媒体终端，片上集成指令/数据分开的16KCache、SDRAM控制器、LCD控制器、4通道DMA、3通道UART、IIC总线、
IIS总线、SD主机接口、PWM定时器、看门狗、片上PLL时钟发生器、8通道10位AD控制器和触摸屏接口以及带日历函数的实时时钟，极大地方便于系
统开发。

2.2 S3C244O处理器的RTC硬件构架

S3C2440内部RTC模块结构框图如图1所示。S3C2440处理器的RTC模块依靠外部32.768kHz晶振提供基准时钟，系统能够在断电的情况
下由后备电池供电继续工作，能够将8位数据转换为BCD码的格式传送给处理器。这些数据包括秒、分、时、日期、星期、月、年。

如图1所示，RTC模块由基准晶振的连接引脚、时钟滴答发生器、215时钟分频器、控制和重置寄存器、闰年发生器、报警发生器以及BCD数字(秒、分、
时、日期、星期、月、年)等几部分组成：XTlrtc与XTortc是连接外部晶振32.768kHz的两个引脚，为RTC内部提供输入。215时钟分频
器负责对基准频率进行分频。时钟滴答发生器可以产生时钟滴答，它可以引起中断。闰年发生器按照从日期、月、年得来的BCD数据决定一个月最后一天是28、
29、30还是31号(也就是计算是否是闰年)。报警发生器可以根据系统设定时间和当前时间决定是否报警。控制寄存器控制包括读/写BCD寄存器使能、时
钟复位、时钟选择等。重置寄存器可以选择”秒”对”分”进位边界，提供三个可选边界：30、40或者50秒。



图1 S3C2440内部RTC模块结构图

2.3 S3C2440处理器的RTC工作原理

由RTC模块的结构图可以看出，RTC模块的有三种功能：产生时钟滴答、实时计时和作为系统的触发唤醒器。RTC时钟滴答可以作为实时操作系统(RTOS)的内核时钟滴答，当时钟滴答周期确定后，就会定时产生中断，操作系统的中断服务程序会实时处理这个中断。

RTC模块可以在处理器的掉电模式或普通模式在设定时间(由BCD数据给出)和当前时间相同时发生报警。在普通模式下，ALMINT(报警中断)处于激活状态。在掉电模式下，PMWKUP(电源管理唤醒信号)与ALMINT一起处于报警状态。

RTC最重要的功能就是显示时间。在掉电模式下，RTC依然能够正常工作，此时，RTC模块通过外部的电池工作。RTC时间显示功能是通过读/写寄存器来
实现的。要显示秒、分、时、日期、月、年，处理器只要读取存在于BCDSEC、BCDMIN、BCDHOUR、BCDDAY、BCDDATE、
BCDMON和BCDYEAR寄存器中的值即可。

3 驱动程序实现



本RTC功能的实现在基于S3C2440嵌入式开发平台上，通过WinCE下的RTC模块的驱动程序完成，而WinCE下RTC的驱动是在底层实现的，具
体要在OAL(OEM Adaption Layer)实现。下面对于OAL代码层进行简要介绍，然后分析RTC驱动代码，在此基础上给出部分源程序。

3.1 OAL概述

OAL的全称是OEM Adaption
Layer，即原始设备制造商适配层。从逻辑结构上看，它位于操作系统的内核与硬件之间，是连接系统与硬件的枢纽；从功能上看，OAL是被链接到内核的
库，它可以用来创建内核的可执行文件。OAL在系统内核与目标设备之间进行通信，隶属于操作系统.是操作系统的一部分。从存在方式上讲OAL是一组函数的
集合体，这些函数体现出OAL的功能，如图2所示。



图2 OAL功能结构关系框图

OAL层包含Startup()、OEMInit()、实时时钟函数、串口调试函数、底层中断处理函数、以太网口调试函数、KITL(Kernel
Independent Transport Layer)内核独立传输层，此外，它还实现了包括电源管理、模块认证等高级功能。

WinCE的启动过程为：CPU执行引导向量，跳转到硬件初始化代码，即Startup函数。

在Startup函数完成最小硬件环境初始化后跳转到KernelStart函数来对内核进行初始化；KernelStart函数调用
OEMInitDebugSerial完成对调试串口的初始化，调用OEMInit函数来完成硬件初始化工作以及设置时钟、中断，调用
OEMGetExtensionDRAM函数来判断是否还有另一块DRAM。

因此，实时时钟驱动实现代码是在OAL层实现的，当Windows CE启动时，会调用实时时钟函数来初始化系统时间，下面介绍这些函数的具体实现。

3.2 时钟函数

实现RTC功能需要编写3个函数，分别是OEMGetRealTime()、OEMSetRealTime()与OEMSetAlarmTime()。下面对于这三个函数分别介绍。

OEMGetRealTime()得到当前时间。此函数名不可更改，是WinCE内核规定好了的，也就是当内核需要知道当前时间的时候直接调用此函数。图3为函数OEMGetRealTime()执行流程。



由于RTC不能任意地修改，不然会造成时间的混乱，所以每次获取时间或者设置时间完毕以后必须禁止RTC，具体是通过设置RTC使能/禁止寄存器实现的。
而在每次读取时间或者设置时间的时候必须先使用它。在读取时间的时候 若读取的“秒”为0必须重新读取时间，因此时的“分”已经被进位了。

OEMSetRealTime()设置时间。与OEMGetRealTime()一样，它也不可改名，通过此函数核心可以直接修改时间。也就是说，如果用户点击WinCE任务栏中的时间以后，修改时间最终都是调用此函数。

OEMSetAlarmTime()设置系统报警时间，其参数为指向含有SYSTEMTIME结构体缓冲区的长指针。如果此函数执行成功则返回TRUE，
执行失败则返回FALSE。此函数必须是可重人的以防止对硬件的多次操作。对于一般用户的操作，用户可以不用编写此函数。如果需要系统在特定的时间完成特
定的功能就需要完成此函数的编写。

下面给出OEMGetRealTime()的源代码仅供参考。

OEMGetRealTime(LPSYSTEMTIME lpst)

{

volatile RTCreg *s2440RTC；

s2440RTC = (RTCreg *)RTC_BASE;

//RETAILMSG(1,(_T("OEMGetRealTime ")));

//使能RTC

s2440RTC->rRTCCON =0x1;

lpst->wMilliseconds=0;

lpst->wSecond= FROM_BCD(s2440RTC->rBCDSEC&0x7f);

lpst->wMinute= FROM_BCD(s2440RTC->rBCDMIN&0x7f);

lpst->wHour= FROM_BCD(s2440RTC->rBCDHOUR&0x3f);

lpst->wDayOfWeek=(s2440RTC->rBCDDATE-1);

lpst->wDay= FROM_BCD(s2440RTC->rBCDDAY&0x3f);

lpst->wMonth=FROM_BCD(s2440RTC->rBCDMON&0x1f);

//lpst->wYear=(2000+s2440RTC->rBCDYEAR);

lpst->wYear=FROM_BCD(s2440RTC->rBCDYEAR)+2000;

if(lpst->wSecond==0)

{

lpst->wSecond=FROM_BCD(s2440RTC->rBCDSEC&0x7f);

lpst->wMinute=FROM_BCD(s2440RTC->rBCDMIN&0x7f);

lpst->wHour=FROM_BCD(s2440RTC->rBCDHOUR&0x3f);

lpst->wDayOfWeek=(s2440RTC->rBCDDATE-1);

lpst->wDay=FROM_BCD(s2440RTC->rBCDDAY&0x3f);

lpst->wMonth=FROM_BCD(s240RTC->rBCDMON&0x1f);

lpst->wYear=(2000+s240RTC->rBCDYEAR);

}

//禁止RTC

s2440RTC->rRTCCON=0;

return TRUE;

}

3.3 系统I/O

OAL代码层提供了与内核交互的函数，通过它内核可以获得硬件平台的信息 。在OAL层中，完成此功能的函数为OEMIOcontrol()。其函数原型如下：

Bool OEMIoContol(……)

{switch(dwIoContro1)

{case IOCTL_HAL_INIT_RTC;

if(nInBufSize>= sizeof(SYSTEMTIME))

return OEMSetRealTime((LPSYSTEMTIME)lpInBuf);

else

return FALSE;

break;

……

default: return FALSE;

}

WinCE每次启动时都会由KernelIoContrl()函数调用OEMIOcontrol()，完成底层硬件信息的读取，其中参数
dwIoControl为内核与OAL通信的控制代码，通过它可以完成硬件信息的读取。控制代码一般都是微软定义好的，其中RTC模块定义的控制代码为
IOCTL_HAL_INIT_RTC，通过它内核可以完成底层RTC模块的初始化。

nInBufSize是由lpInBuf(指针)指向的缓冲区的大小，缓冲区是按字节大小计算的。SYSTEMTIME是WinCE内部定义的一个表示时
间的结构体，LPSYSTEMTIME为指向此结构体的指针。SYSTEMTIME结构体原型如下，原型中定义了字格式的年、月、星期、日、时、分、秒、
毫秒。

typedef struct _SYSTEMTIME

{

WORD wYear;

WORD wMonth;

WORD wDayOfWeek;

WORD wDay;

WORD wHour;

WORD wMinute;

WORD wSeeond;

WORD wMilliseconds;

}SYSTEMTIME;

在本设计中，RTC的时间分辨率为“秒”，这是因为S3C2440的RTC模块所能提供的最小时间基准就是“秒”。用户可以根据实际需求编写系统I/O下
的RTC初始化代码，也可以禁止这部分代码。若WinCE从OAL层读不到时钟参数的话，它会以系统的默认时间值来初始化SYSTEMTIME结构体。

4 结束语

当前比较流行的ARM嵌入式处理器，如Samsung的S3C系列、Intel的Xscale系列、Motorola的龙珠系列等几乎都内嵌有RTC模
块。使许多嵌入式产品如手机、PDA等的时间显示丰富多彩，如具有显示阳历、阴历、万年历等功能。本文给出了RTC模块的WinCE驱动程序实现，基于本
设计可以进一步开发如时钟界面等时钟应用功能，以满足多姿多彩的嵌入式系统对于时钟功能的应用需求。