PCI傳輸卡的WDM驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)

PCI總線規(guī)范是為提高微機(jī)總線的數(shù)據(jù)傳輸速度而制定的一種局部總線標(biāo)準(zhǔn)。在設(shè)計(jì)自行開發(fā)的基于PCI總線的數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備時(shí)，需要開發(fā)相應(yīng)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。通常開發(fā)PCI設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序有多種模式，在windows2000環(huán)境下，主要采用ＷＤＭ模式。

　　本文針對(duì)自行開發(fā)的基于PCI總線的ＣＣＤ視頻信號(hào)傳輸控制卡，編寫了符合ＷＤＭ模式的驅(qū)動(dòng)程序。 １ ＷＤＭ模式驅(qū)動(dòng)程序 １．１ ＷＤＭ模式（windows Ｄｒｉｖｅｒ Ｍｏｄｅｌ） windows2000對(duì)驅(qū)動(dòng)程序的編寫不再基于以往的Ｗｉｎ３．ｘ和Ｗｉｎ９ｘ下的ＶｘＤ（虛擬設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序）結(jié)構(gòu)，而是基于一種新的驅(qū)動(dòng)模型——ＷＤＭ（windows Ｄｒｉｖｅｒ Ｍｏｄｅｌ）。

　　ＷＤＭ為windows９８／2000／ＸＰ操作系統(tǒng)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)提供了統(tǒng)一的框架。ＷＤＭ來源于windows ＮＴ的分層３２位設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序模型（ｌａｙｅｒｅｄ ３２－ｂｉｔ ｄｅｖｉｃｅ ｄｒｉｖｅｒ ｍｏｄｅｌ）。它支持更多的特性，如即插即用（ＰｎＰ）、電源管理、ＷＭＩ和ＮＴ事件。 １．２ 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序是操作系統(tǒng)的一個(gè)組成部分，它由Ｉ／Ｏ管理器（Ｉ／Ｏ Ｍａｎａｇｅｒ）管理和調(diào)動(dòng)。windows2000操作系統(tǒng)下的Ｉ／Ｏ管理器功能描述如圖１所示。

?

　　 Ｉ／Ｏ管理器每收到一個(gè)來自用戶應(yīng)用程序的請(qǐng)求就創(chuàng)建一個(gè)Ｉ／Ｏ請(qǐng)求包（ＩＲＰ）的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并將其作為參數(shù)傳遞給驅(qū)動(dòng)程序。驅(qū)動(dòng)程序通過識(shí)別ＩＲＰ中的物理設(shè)備對(duì)象（ＰＤＯ）來區(qū)別是發(fā)送給哪一個(gè)設(shè)備。ＩＲＰ結(jié)構(gòu)中存放請(qǐng)求的類型、用戶緩沖區(qū)的首地址、用戶請(qǐng)求數(shù)據(jù)的長度等信息。驅(qū)動(dòng)程序處理完這個(gè)請(qǐng)求后，在該結(jié)構(gòu)中填入處理結(jié)果的有關(guān)信息，調(diào)用ＩｏＣｏｍｐｌｅｔｅＲｅｑｕｅｓｔ將其返回給 Ｉ／Ｏ管理器，用戶應(yīng)用程序的請(qǐng)求隨即返回。訪問硬件時(shí)，驅(qū)動(dòng)程序通過調(diào)用硬件抽象層的函數(shù)實(shí)現(xiàn)。?

　　１．３ ＤｒｉｖｅｒＳｔｕｄｉｏ工具簡介 ＮｕＭｅｇａ Ｌａｂ公司開發(fā)的ＤｒｉｖｅｒＳｔｕｄｉｏ是一整套開發(fā)、調(diào)試和檢測windows平臺(tái)下設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的工具軟件包。它把ＤＤＫ（Ｄｅｖｉｃｅ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｋｉｔ）封裝成完整的Ｃ＋＋函數(shù)庫，根據(jù)具體硬件通過向?qū)煽蚣艽a，并且提供了一套完整的調(diào)試和性能測試工具ＳｏｆｔＩＣＥ、ＤｒｉｖｅｒＭｏｎｉｔｏｒ等。

　　 ２ 應(yīng)用實(shí)例 本文利用PCI專用接口芯片PCI９０５２設(shè)計(jì)了一個(gè)數(shù)據(jù)傳輸控制卡。卡上主要的芯片有PCI９０５２、ＦＩＦＯ（ＣＹ７Ｃ４２２１）、ＣＰＬＤ（ＭＡＸ７０６４Ｓ）和Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換器（ＭＡＸ１１９７）。傳輸卡硬件框圖如圖２所示。

　　面陣ＣＣＤ得到的視頻信號(hào)經(jīng)過調(diào)理電路，生成的視頻調(diào)理信號(hào)通過Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換器進(jìn)行數(shù)字化處理，送入ＦＩＦＯ中。在ＣＰＬＤ的控制下，數(shù)據(jù)經(jīng)過PCI９０５２送入PCI總線，再傳送到計(jì)算機(jī)內(nèi)存中，并顯示在監(jiān)視器上。

　　驅(qū)動(dòng)程序必須實(shí)現(xiàn)如下幾個(gè)基本功能：

　　（１）硬件中斷；

　　（２）能支持應(yīng)用程序獲取數(shù)據(jù)；

　　（３）能根據(jù)外部ＦＩＦＯ（ＣＹ７Ｃ４２２１）的狀態(tài)啟動(dòng)或停止突發(fā)傳輸。 在數(shù)據(jù)輸入過程中，最重要的是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，因此需要硬件中斷。在中斷程序中，根據(jù)外部ＦＩＦＯ狀態(tài)完成數(shù)據(jù)的讀入。

　　２．１ 用ＤｒｉｖｅｒＷｉｚａｒｄ生成驅(qū)動(dòng)程序框架 ＤｒｉｖｅｒＳｔｕｄｉｏ中的ＤｒｉｖｅｒＷｏｒｋｓ軟件為開發(fā)ＷＤＭ程序提供了一個(gè)完整的框架。它包含一個(gè)可快速生成ＷＤＭ驅(qū)動(dòng)程序框架的代碼生成向?qū)Чぞ撸模颍椋觯澹颍祝椋幔颍洌疫€帶有許多類庫。

　　在用ＤｒｉｖｅｒＷｉｚａｒｄ生成的程序框架中寫入相對(duì)于設(shè)備的特定代碼，編譯后即可得到所需的驅(qū)動(dòng)程序。 在利用ＤｒｉｖｅｒＷｏｒｋｓ Ｖ２．７的向?qū)В模颍椋觯澹?Ｗｉｚａｒｄ完成驅(qū)動(dòng)程序的框架時(shí)共有１１個(gè)步驟，其中關(guān)鍵步驟有：

　（１）在第四步中選中PCI，并在ＶｅｎｄｏｒＩＤ和ＤｅｖｉｃｅＩＤ中分別輸入廠商號(hào)和設(shè)備號(hào)，還需填入PCI Ｓｕｂｓｙｓｔｅｍ ＩＤ和PCI Ｒｅｖｉｓｉｏｎ ＩＤ。這四項(xiàng)可以用網(wǎng)上的免費(fèi)軟件PCIＴｒｅｅ或PCIＶｉｅｗ瀏覽PCI設(shè)備，用這兩個(gè)軟件也可以得到ＢＡＲ０～ＢＡＲ５的資源分配情況和中斷號(hào)。

　 （２）第七步ＩＲＰ隊(duì)列排隊(duì)方法，它決定了驅(qū)動(dòng)程序檢查設(shè)備的方式。本設(shè)計(jì)選ＳｙｓｔｅｍＭａｎａｇｅｄ，則所有的ＩＲＰ排隊(duì)都由系統(tǒng)（即Ｉ／Ｏ管理器）完成。

　（３）第九步是最關(guān)鍵的一步。首先在Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ中添加資源，在ｎａｍｅ中輸入變量名，在PCI Ｂａｓｅ Ａｄｄｒｅｓｓ中輸入０～５的序列號(hào)。０～５和ＢＡＲ０～ＢＡＲ５一一對(duì)應(yīng)。在設(shè)置中斷對(duì)話框中，在ｎａｍｅ欄寫入中斷服務(wù)程序的名稱，選中創(chuàng)建中斷服務(wù)程序ＩＳＲ?穴Ｃｒｅａｔｅ ＩＳＲ?雪，不選創(chuàng)建延遲程序調(diào)用ＤＰＣ（Ｃｒｅａｔｅ ＤＰＣ），選中Ｍａｋｅ ＩＳＲ／ＤＰＣ ｃｌａｓｓ ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ，使ＩＳＲ／ＤＰＣ成為設(shè)備類的成員函數(shù)。

　　 其次選中buffer以選取讀寫方式，用于描述與Ｉ／Ｏ操作相關(guān)的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。本設(shè)計(jì)需要快速傳送大量數(shù)據(jù)，因此采用Ｄｉｒｅｃｔ Ｉ／Ｏ方式。 （４）在第十步中，需要加入與應(yīng)用程序或者其他驅(qū)動(dòng)程序通信的Ｉ／Ｏ控制代碼參量。 ２．２ 驅(qū)動(dòng)程序模塊框圖和代碼分布 PCI設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序模塊包括配置空間的訪問模塊、ＩＯ端口模塊、內(nèi)存讀寫模塊和終端模塊等。

　　各模塊之間是對(duì)等的。驅(qū)動(dòng)程序模塊框圖如圖３所示。 驅(qū)動(dòng)程序初始化模塊代碼段放在＃ｐｒａｇｍａ ｃｏｄｅ＿ｓｅｇ（″ＩＮＴ″）和＃ｐｒａｇｍａ ｃｏｄｅ＿ｓｅｇ（）之間。在系統(tǒng)初始化完成后，這部分代碼從內(nèi)存中釋放，防止占用系統(tǒng)寶貴的內(nèi)存資源。＃ｐｒａｇｍａ ｃｏｄｅ＿ｓｅｇ（）之后是驅(qū)動(dòng)程序和系統(tǒng)的許多模塊的實(shí)現(xiàn)部分。這部分在驅(qū)動(dòng)程序運(yùn)行后不會(huì)從內(nèi)存中釋放。

　　 ２．３ 驅(qū)動(dòng)程序主要模塊的實(shí)現(xiàn)

　　（1）配置空間的訪問模塊 ＤｒｉｖｅｒＷｏｒｋｓ的ＫPCIＣｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ類封裝了訪問PCI設(shè)備配置空間的所有操作。首先初始化這個(gè)類的實(shí)例： ＫPCIＣｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ PCIＣｏｎｆｉｇ（）ｍ＿Ｌｏｗｅｒ．ＴｏｐＯｆＳｔａｃｋ（））； ／?觹ｍ＿Ｌｏｗｅｒ是 ＫｐｎｐＬｏｗｅｒＤｅｖｉｃｅ類的對(duì)象。ｍ＿ＬｏｗｅｒＴｏｐＯｆＳｔａｃｋ（）返回當(dāng)前設(shè)備堆棧頂部的設(shè)備對(duì)象。*/ 初始化完后可以直接利用成員函數(shù) ＲｅａｄＨｅａｄｅｒ／ ＷｒｉｔｅＨｅａｄｅｒ函數(shù)訪問所有的配置寄存器。

　　為了確定映射空間的類型和大小，先向目標(biāo)基地址寄存器寫入０Ｘｆｆｆｆｆｆｆｆｈ，然后回讀該寄存器的值。如果最低位為１，表示映射于Ｉ／Ｏ空間，反之為存儲(chǔ)空間；如果映射于存儲(chǔ)空間，從第四位開始計(jì)算０的個(gè)數(shù)可以確定內(nèi)存空間的大小；如果是Ｉ／Ｏ方式，從第二位開始計(jì)算０的個(gè)數(shù)可確定Ｉ／Ｏ空間的大小，最大為２５６字節(jié)。如果設(shè)備的存儲(chǔ)空間超過２５６字節(jié)，要實(shí)現(xiàn)設(shè)備的整個(gè)存儲(chǔ)部分的訪問，就必須采用內(nèi)存映射。

　　（２）Ｉ／Ｏ操作模塊 Ｄｒｉｖｅｒｗｏｒｋｓ的ＫＩｏＲａｎｇｅ類封裝了Ｉ／Ｏ端口訪問的操作。部分代碼如下： {…… ＫＩＯＲａｎｇｅ ＤｅｖＩｏＰｏｒｔ () ；／／創(chuàng)建實(shí)例 ＮＴＳＴＡＴＵＳ ｓｔａｔｕｓ＝ ＤｅｖＩｏＰｏｒｔ ()．Ｉｎｉｔｉａｌｉｚｅ ( ｐＲｅｓＬｉｓｔＴｒａｎｓｌａｔｅｄ，ｐＲｅｓＬｉｓｔＲａＷ，PCIＣｏｎｆｉｇ．ＢａｓｅＡｄｄｒｅｓｓＩｎｄｅｘＴｏＯｒｄｉｎａｌ(0))； ／* 第一個(gè)參數(shù)為轉(zhuǎn)換后的資源列表指針；第二個(gè)參數(shù)為原始資源列表指針；第三個(gè)參數(shù)中的０為 Ｉ／Ｏ口對(duì)應(yīng)的基地址，用來轉(zhuǎn)換成特定端口資源的序數(shù)*／ Ｉｆ(ＮＴ ＿ＳＵＣＣＥＳＳ(ｓｔａｔｕｓ)) {…… ＤｅｖＩｏＰｏｒｔ．

　　ｉｎｂ(0,ＬｉｎｅＢｕｆ１,１０); ／*成功初始化后可分別用ＫＩｏＲａｎｇｅ類的成員函數(shù)ｉｎｂ(／ｏｕｔｂ)從端口中讀／寫字節(jié) *／ } ｅｌｓｅ｛Ｉｎｖａｌｉｄａｔｅ()；ｒｅｔｕｒｎ ｓｔａｔｕｓ； ／*未能初始化成功，錯(cuò)誤信息在ｓｔａｔｕｓ中*／ { ……}

　　(３)內(nèi)存讀寫模塊 ＤｒｉｖｅｒＷｏｒｋｓ的 ＫＭｅｍｏｒｙＲａｎｇｅ類封裝了端口訪問的操作。 ｓｔａｔｕｓ＝ｍ＿ＭｅｍｏｒｙＲａｎｇｅ()．Ｉｎｉｔｉａｌｉｚｅ(ｐＲｅｓＬｉｓｔＴｒａｎｓｌａｔｅｄ，ｐＲｅｓＬｉｓｔＲａｗ， PCIＣｏｎｆｉｇ．ＢａｓｅＡｄｄｒｅｓｓＩｎｄｅｘＴｏＯｒｄｉｎａｌ(０))； 此函數(shù)的參數(shù)、意義及具體用法與Ｉ／Ｏ端口的操作基本相同。 內(nèi)存對(duì)象也用來發(fā)送控制字，以控制ＣＰＬＤ的開始和停止等。實(shí)際上控制字是通過PCI９０５２發(fā)送的。該控制字地址已被映射成PCI的內(nèi)存空間。所以定義一個(gè)指向內(nèi)存空間的內(nèi)存對(duì)象，通過該對(duì)象即可發(fā)送控制字。

　　（４）中斷模塊 在中斷模塊，首先要激活PCI９０５２中斷使能位，然后判斷硬件中斷響應(yīng)是否產(chǎn)生，如果有，則進(jìn)行突發(fā)傳輸，讀入ＦＩＦＯ中的數(shù)據(jù)。 ＢＯＯＬＥＡＮ ＴｒａｎＣａｒｄ::Ｉｓｒ＿ＭｙＩｒｑ(ｖｏｉｄ) { ｉｆ (／／ 中斷未產(chǎn)生) {…… ｒｅｔｕｒｎ ＦＡＬＳＥ;} ｅｌｓｅ {／* 如果產(chǎn)生硬件中斷，設(shè)置命令寄存器，進(jìn)行突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸 *／ ｒｅｔｕｒｎ ＴＲＵＥ;} } 為了將硬件中斷與編寫的中斷服務(wù)程序連接在一起，采用ＩｎｉｔｉａｌｉｚｅＡｎｄＣｏｎｎｅｃｔ方法，部分代碼如下： ＮＴＳＴＡＴＵＳ ＴｒａｎＣａｒｄＤｅｖｉｃｅ?押?押ＯｎＳｔａｒｔＤｅｖｉｃｅ(ＫＩｒｐ Ｉ ) {…… ｓｔａｔｕｓ＝ｍ＿ＭｙＩｒｑ． ＩｎｉｔｉａｌｉｚｅＡｎｄＣｏｎｎｅｃｔ( ｐＲｅｓＬｉｓｔＴｒａｎｌａｔｅｄ, ＬｉｎｋＴｏ(Ｉｓｒ＿ＭｙＩｒｑ), Ｔｈｉｓ;) ……}

　　２．４ 驅(qū)動(dòng)程序的調(diào)用?

　　編寫驅(qū)動(dòng)程序本身不是最終目的，最終目的是調(diào)用驅(qū)動(dòng)程序管理資源，并為用戶應(yīng)用程序使用。驅(qū)動(dòng)程序加載以后，它的許多進(jìn)程處于Ｉｄｌｅ狀態(tài)，實(shí)際上需要用戶應(yīng)用程序去調(diào)用激活。應(yīng)用程序利用Ｗｉｎ３２ ＡＰＩ直接調(diào)用驅(qū)動(dòng)程序，實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)程序和應(yīng)用程序的信息交互。 首先用ＣｒｅａｔｅＦｉｌｅ()打開設(shè)備，獲得一個(gè)指向設(shè)備對(duì)象的句柄。

　　使用ＣｒｅａｔｅＦｉｌｅ函數(shù)時(shí)應(yīng)注意：由于驅(qū)動(dòng)程序是*．ｓｙｓ，所以第一個(gè)參數(shù)應(yīng)該是這個(gè)設(shè)備對(duì)象的標(biāo)志連接（ｓｙｍｂｏｌｉｃ ｌｉｎｋ）。該標(biāo)志連接名有一個(gè)設(shè)置數(shù)據(jù)文件搜索路徑的數(shù)字號(hào)，而這個(gè)數(shù)字號(hào)通常是零。如果這個(gè)連接名是″ＴｒａｎＣａｒｄ″，則傳遞給ＣｒｅａｔｅＦｉｌｅ的宇符串就是：″＼＼＼＼．＼＼ ＴｒａｎＣａｒｄ０″。例如： ＨＡＮＤＬＥ ｈＤｅｖｉｃｅ＝ＣｒｅａｔｅＦｉｌｅ(″＼＼＼＼．＼＼ＴｒａｎＣａｒｄ０″)ＧＥＮＥＲＩＣ＿ＲＥＡＤ｜ＧＥＮＥＲＩＣ＿ＷＲＩＴＥ,ＦＩＬＥ＿ＳＨＡＲＥ＿ＲＥＡＤ, ＮＵＬＬ?, ＯＰＥＮ＿ＥＸＩＳＴＩＮＧ,0,ＮＵＬＬ); 然后用 ＤｅｖｉｃｅＩｏＣｏｎｔｒｏｌ()進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳送。最后用ＣｌｏｓｅＨａｎｄｌｅ（ ）關(guān)閉設(shè)備句柄。 下面是應(yīng)用ＤｅｖｉｃｅＩｏＣｏｎｔｒｏｌ()程序片段。 {…… ｍ＿ｂ＝ＤｅｖｉｃｅＩｏＣｏｎｔｒｏｌ(ｈＤｅｖｉｃｅ,ＴＲＡＮＣＡＲＤ＿ＩＯＣＴＬ＿ ＲＥＣＥＩＶＥ(buffer, ｓｉｚｅｏｆ,buffer, ＮＵＬＬ,0,＆bufferｓｉｚｅ，ＮＵＬＬ); ……}

　　２．５ 驅(qū)動(dòng)程序的調(diào)試 采用ＳｏｆｔＩＣＥ、ＤｒｉｖｅｒＭｏｎｉｔｏｒ作為調(diào)試工具，基本調(diào)試過程如下：

　　（１）使用ｓｙｍｂｏｌ ｌｏａｄｅｒ加載驅(qū)動(dòng)程序，然后使用ＳｏｆｔＩＣＥ跟蹤調(diào)試，確認(rèn)驅(qū)動(dòng)程序正常加載；

　　（２）對(duì)核心的中斷響應(yīng)程序代碼，用ＳｏｆｔＩＣＥ中的Ｇｅｎｉｎｔ命令產(chǎn)生虛擬中斷，單步跟蹤中斷；

　　（３）硬件發(fā)送大量的數(shù)據(jù)，通過查看內(nèi)存的數(shù)據(jù)，確認(rèn)數(shù)據(jù)傳輸是否正確。 在驅(qū)動(dòng)程序的調(diào)試過程中，經(jīng)常出現(xiàn)系統(tǒng)“死機(jī)”、“藍(lán)屏”等現(xiàn)象，這些情況可能因內(nèi)存訪問分頁錯(cuò)誤、設(shè)備資源和系統(tǒng)資源沖突、Ｉ／Ｏ使用錯(cuò)誤、程序中“指針”使用錯(cuò)誤等因素造成。 上述方案均調(diào)試通過。使用ＷＤＭ模式開發(fā)驅(qū)動(dòng)程序，程序結(jié)構(gòu)清晰，開發(fā)周期較短，效率高。在PCI從模式條件下，大數(shù)據(jù)量連續(xù)傳輸速度可達(dá)２８Ｍｂｐｓ以上。