引言
PCI總線(即外圍部件互連總線)是Intel公司提出的計(jì)算機(jī)接口總線,。它的時(shí)鐘頻率為33MHz,，有32位數(shù)據(jù)總線，可支持突發(fā)傳輸模式,，數(shù)據(jù)傳輸峰值速率高達(dá)132 MB／s,。此外，PCI總線還可擴(kuò)展為64位數(shù)據(jù)總線,，擴(kuò)展后的數(shù)據(jù)傳輸峰值速率高達(dá)264 MB／s,，并支持即插即用功能而且獨(dú)立于處理器。由于PCI總線具有諸多優(yōu)點(diǎn),，它已經(jīng)成為PC機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)總線,。因此，PCI接口設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序" title="驅(qū)動(dòng)程序">驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)就顯得尤為重要,。
數(shù)字衛(wèi)星" title="數(shù)字衛(wèi)星">數(shù)字衛(wèi)星解調(diào)卡主要用于接收衛(wèi)星發(fā)來的調(diào)制信號(hào)的數(shù)字解調(diào),。設(shè)計(jì)中的橋接芯片可采用PLX公司的PCI9054。本文主要介紹數(shù)字衛(wèi)星解調(diào)卡的WDM驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)方法,。
1 PCI9054接口芯片
PCI9054是PLX公司推出的PCI接口芯片,。它支持本地總線2.2版規(guī)范，工作頻率為0～33 MHz,，可提供C,、M、J三種本地工作模式,，本地端到PCI總線的猝發(fā)傳輸速率高達(dá)132 MB／s,。該芯片具有可編程的Serial EEPROM接口，可用于配置PCI9054的部分內(nèi)部配置寄存器,。其配置正確與否直接決定著設(shè)備能否正常工作,。其中的DeviceID和Vendor ID分別對(duì)應(yīng)設(shè)備號(hào)和銷售商號(hào)，計(jì)算機(jī)主要靠這兩個(gè)號(hào)碼識(shí)別硬件,。該器件內(nèi)部有6種可編程的FIFO,，可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收,，而其兩種內(nèi)部配置寄存器PCI Configuration Register和Local Configuration Register，可在本地端支持主模式,、從模式租DMA傳輸方式,。PCI9054的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。
PCI9054支持兩個(gè)獨(dú)立的DMA通道,，以用于完成本地端到PCI總線或者PCI總線到本地端的數(shù)據(jù)傳輸,。每一個(gè)DMA通道包含一個(gè)DMA控制器和一個(gè)雙向FIFO，兩種通道都分別支持Block傳輸模式和Scatter／Gather傳輸模式,。DMA通道0還支持Demand DMA數(shù)據(jù)傳輸模式,。
Block DMA要求PCI主機(jī)或Local主機(jī)能提供PCI和Local的起始地址、傳輸字節(jié)數(shù)和傳輸方向,。主機(jī)首先設(shè)定DMA開始位并啟動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸,，一旦傳輸完成，PCI9054設(shè)定將DMACSR0[4]=1或者DMACSR1 [4]=1(分別對(duì)應(yīng)通道0和通道1)來結(jié)束DMA,。如果中斷Enable位DMAMODE0[10]或者DMAMODE1[10]使能,，那么，在傳輸結(jié)束時(shí),，PCI9054將向主機(jī)申請(qǐng)中斷,。在DMA傳輸中，PCI9054既是PCI總線的主控設(shè)備,，又是Local總線的主控設(shè)備,。另外，通過編程DMA傳輸模式還可以完成以下設(shè)置或功能：
(1)將本地總線寬度設(shè)為8位,、16位或32位,；
(2)設(shè)置本地總線為允許／禁止內(nèi)部等待狀態(tài)，若允許,，則可等待0～15個(gè)本地等待狀態(tài),；
(3)設(shè)置本地總線為突發(fā)傳輸4個(gè)雙字長(zhǎng)度；
(4)使本地地址采用固定模式或線性增長(zhǎng)模式,；
(5)完成PCI內(nèi)存寫和無效操作(commandcode=Fh)或者普通PCI內(nèi)存寫操作(commandcode=7h),；
(6)使用／禁用BLAST#以暫停本地傳輸；
(7)在Scatter／Gather DMA傳輸模式中,，當(dāng)DMA傳輸完成或終止計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到0時(shí),，插入PCI中斷(INTA)或者本地中斷(LINT)；
(8)工作于DMA清除計(jì)數(shù)模式,。
2 WDM驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)工具
PCI總線的傳統(tǒng)開發(fā)工具是微軟公司提供的DDK(Device Driver Kit)，包括Windows98 DDK,，Windows2000 DDK和Windows XP DDK,。但是，使用其開發(fā)驅(qū)動(dòng)程序比較復(fù)雜且開發(fā)周期長(zhǎng)，它只適合發(fā)行類產(chǎn)品的驅(qū)動(dòng)開發(fā),。
為了簡(jiǎn)化驅(qū)動(dòng)程序的開發(fā),，縮短開發(fā)周期，常用的方法是使用Numage公司提供的開發(fā)工具Driver Studio,，這是一個(gè)開發(fā)工具包(包含VtoolsD,，Driver Works和SoftICE等開發(fā)工具)。其中的Driver Works是Compuware公司開發(fā)的工具,，它提供了一系列類,。這些類包含了許多更為底層的操作并且為一般驅(qū)動(dòng)操作提供了服務(wù)函數(shù)，從而為開發(fā)人員提供了一個(gè)訪問系統(tǒng)核心的標(biāo)準(zhǔn)界面,。由于其驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)采用面向?qū)ο蟮目蚣芙Y(jié)構(gòu),，因而開發(fā)過程比較簡(jiǎn)單易行。
3 DMA模式WDM驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)
本文介紹的數(shù)字衛(wèi)星解調(diào)卡的硬件框圖如圖2所示,。圖中,，當(dāng)FPGA中的數(shù)據(jù)放進(jìn)FIFO后，要經(jīng)過PCI9054橋接芯片傳輸?shù)絇C機(jī)內(nèi)存中,，但由于應(yīng)用程序不能直接操作硬件,，所以在應(yīng)用程序和硬件之間必須安裝硬件驅(qū)動(dòng)程序來完成應(yīng)用程序?qū)τ布脑L問?？梢?，驅(qū)動(dòng)程序?qū)τ谡麄€(gè)設(shè)計(jì)至關(guān)重要，它關(guān)系到數(shù)據(jù)能否準(zhǔn)確無誤的送到指定的目的地,。
驅(qū)動(dòng)程序完成的主要功能如下：
(1)接收應(yīng)用傳送的符號(hào)率,，配置符號(hào)率；
(2)接收應(yīng)用程序傳送的控制字,，配置AD9851用作外部FIFO數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)鐘,；
(3)設(shè)置數(shù)據(jù)傳輸為DMA方式，直到接收到應(yīng)用程序發(fā)來的停止數(shù)據(jù)采集命令為止,。驅(qū)動(dòng)要保證數(shù)據(jù)傳輸順利進(jìn)行,。
本設(shè)計(jì)使用Driver Works來開發(fā)WDM驅(qū)動(dòng)程序。
3.1 基于Driver Works的WDM驅(qū)動(dòng)程序框架
這里所要生成的是PCI設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序,。采用DMA方式傳輸時(shí),，生成WDM驅(qū)動(dòng)程序框架的主要步驟如下：
(1)從VC++中啟動(dòng)Driver Works，設(shè)置驅(qū)動(dòng)程序名稱及存放的路徑,，設(shè)計(jì)時(shí)可取驅(qū)動(dòng)名稱為BPSKDRIVER,；
(2)選擇工程類型為WDM DRIVER；
(3)選擇驅(qū)動(dòng)類型為WDM Function Driver,；
(4)選擇硬件總線類型為PCI,，在這里要注意,，PCI Vendor ID和PCI Device ID應(yīng)根據(jù)硬件信息填寫；
(5)添加存儲(chǔ)器空間和I／O空間所需的類對(duì)象,，添加DMA資源,，使用設(shè)備接口打開設(shè)備；
(6)用控制代碼完成應(yīng)用程序和驅(qū)動(dòng)的交互,，即在應(yīng)用程序中使用Device IO Control來完成應(yīng)用程序向驅(qū)動(dòng)傳輸數(shù)據(jù),。
3.2 DMA傳輸控制
(1)DMA傳輸類的概念及初始化
按照上述步驟生成WDM驅(qū)動(dòng)的框架后，其大部分例程函數(shù)(如Driver Entry,、Add Device,、Device Control、On Start Device)等已經(jīng)由軟件自動(dòng)生成并能基本滿足設(shè)計(jì)要求,，下面重點(diǎn)介紹DMA傳輸控制函數(shù),。
設(shè)計(jì)中，對(duì)DMA寄存器的訪問可采用I／O方式,，并可利用Driver Works提供的KIoRange類產(chǎn)生該類的一個(gè)實(shí)例,，然后在設(shè)備啟動(dòng)例程中初始化該實(shí)例，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)硬件的兩個(gè)I／O地址空間的映射,，其中一個(gè)I／O地址空間用于訪問橋接芯片PCI9054的寄存器,，另一個(gè)I／O地址空間用于訪問本地端的設(shè)備，其初始化方法如下：
其中,，pResListTranslated,、pResListRaw分別是IRQ中系統(tǒng)分配的翻譯資源列表和原始資源列表。初始化完成后,，就可以使用類的成員函數(shù)in,，out對(duì)端口進(jìn)行操作。例如：m_IoPortRange0.outd(0x30,0x40100),，就可向IO端口0的偏移量為0x30的地址中寫入0x40100,。
進(jìn)行DMA傳輸需要用到三個(gè)DMA傳輸類，分別為KdmaAdapter,、KCommonDmaBuffer和KdmaTransfer,。
KdmaAdapter是DMA適配器對(duì)象，可用于表示需要進(jìn)行DMA傳輸?shù)脑O(shè)備資源,。此對(duì)象對(duì)于Master設(shè)備和Slave設(shè)備都是適用的,。驅(qū)動(dòng)中，此類函數(shù)可在On Start Device中由成員函數(shù)Initialize初始化,。
KconnonDmaBuffer是DMA通用緩沖區(qū)對(duì)象,。驅(qū)動(dòng)中，此類可在On Start Device中由成員函數(shù)Initialize初始化,。通用緩沖區(qū)是外部設(shè)備和驅(qū)動(dòng)程序之間的一段物理上連續(xù)的虛擬內(nèi)存,，這個(gè)內(nèi)存是從系統(tǒng)中分配出來的,，是非常珍貴的資源，任何時(shí)候都可以被他的設(shè)備和驅(qū)動(dòng)程序存取,。通用緩沖區(qū)包括緩沖區(qū)空間大小、虛擬地址,、邏輯地址等信息,。由于通用緩沖區(qū)是非常珍貴的資源，所以它的大小也受到限制,。為此,，驅(qū)動(dòng)時(shí)應(yīng)對(duì)每個(gè)DMA請(qǐng)求進(jìn)行分段，并為每個(gè)段提供一個(gè)傳輸段描述符數(shù)組,。而且,，當(dāng)設(shè)備不支持分散／集中時(shí)，這個(gè)數(shù)組中的描述符只能有一個(gè),。每個(gè)描述符包含一個(gè)物理地址和相應(yīng)的字節(jié)數(shù),，其結(jié)構(gòu)如下：
其中的物理地址即邏輯地址，字節(jié)數(shù)則是相應(yīng)的邏輯地址范圍的長(zhǎng)度,。
KdmaTransfer為DMA傳輸對(duì)象,，用來管理內(nèi)存和設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸，但此時(shí)的DMA適配器必須可用,。適配器對(duì)象可用來通知傳輸數(shù)據(jù)的類型和使用的DMA通道等,。驅(qū)動(dòng)中，此類可在OnStart Device中由成員函數(shù)Initialize初始化,。在DMA傳輸中,，數(shù)據(jù)可直接傳輸?shù)较到y(tǒng)物理內(nèi)存中。管理這些內(nèi)存的方式有Common Buffer和Packet兩種,。第一種方式是在物理內(nèi)存中預(yù)先開辟一段連續(xù)的內(nèi)存空間,，CPU和PCI都可以對(duì)其進(jìn)行訪問，且在一次DMA傳輸過程中,，物理地址保持不變,，該方式適合傳輸大量數(shù)據(jù)和連續(xù)的DMA傳輸；而在Packet方式中,，由于其內(nèi)存物理地址不確定,，因此適合間斷性的DMA傳輸。
(2)回調(diào)函數(shù)
由于DMA傳輸采用分段傳輸,，所以,，每當(dāng)準(zhǔn)備傳輸一個(gè)新段時(shí)，KDmaTransfer的對(duì)象將通知驅(qū)動(dòng)程序調(diào)用回調(diào)例程,?；卣{(diào)函數(shù)的原型由typedef DMAREADY_CALLBACK指定,，使用宏DEVMEMBER_DMAREADY可聲明回調(diào)函數(shù)基類的成員函數(shù)。通過判斷成員函數(shù)Bytes Remaining可判斷傳輸是否完成,。若返回值為0,，則調(diào)用成員函數(shù)Terminate以完成相應(yīng)的IRP，否則,，回調(diào)函數(shù)繼續(xù)傳輸,。
(3)中斷服務(wù)
本驅(qū)動(dòng)需要處理兩種中斷，第一種是本地中斷,，它是當(dāng)FIFO輸出半滿信號(hào)時(shí)由FPGA通過LINT#信號(hào)發(fā)給PCI9054的中斷信號(hào),；第二種中斷是DMA傳輸結(jié)束時(shí)由DMA中斷控制器產(chǎn)生的。這兩種中斷可以通過對(duì)DMA的中斷控制寄存器的特定位處理來區(qū)分,。判斷是否是本地中斷時(shí),，可以通過判斷DMA中斷控制寄存器的第15位是否為1來確定，如果INTCSR[15]=1,，則為本地中斷,；判斷是否是DMA中斷則可通過判斷DMA中斷控制寄存器的第23位是否為1來確定，如果INTCSR[23]=1,，則為DMA中斷,。不同的中斷，其處理方式不同,。
3.3 驅(qū)動(dòng)程序的創(chuàng)建及安裝文件的修改
為了正確的創(chuàng)建WDM驅(qū)動(dòng)程序,，首先要建立WDM編程環(huán)境，并創(chuàng)建自己的庫(kù)文件,。參考文件中提供了一種WDM編程環(huán)境的建立方法,，但是，按照書中的方法經(jīng)常不能成功的建立編程環(huán)境,，為此,，筆者根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)介紹一種簡(jiǎn)單易行的方法：
(1)首先安裝DDK；
(2)在開始菜單中選擇Compuware Driver Studio＼Develop下的DDK Build Setting,；
(3)在打開的對(duì)話框中的DDK Root Directory中設(shè)置DDK的根目錄(如E：＼WINDDK＼2600),，然后點(diǎn)擊Launch Program，并打開Compuware DriverStudio的Driver Works文件夾中Source里的VdwLibs.dsw文件,。
(4)選擇Build菜單中的Set Active Project Configuration,，并在彈出的對(duì)話框中選擇合適的Project configurations。而對(duì)于現(xiàn)行的32位機(jī),，它不需要像Win32 AMD64 Free等這樣的工程,；
(5)選好一個(gè)工程后，點(diǎn)擊OK，然后點(diǎn)擊Build with BUILD.EXE即可生成所需的庫(kù),。然后再根據(jù)自己的需要重新選擇新的Project configurations,，以進(jìn)行庫(kù)的創(chuàng)建。
筆者的這種方法在于使用DDK Build Setting的Launch Program打開VdwILibs.dsw,，編譯沒有出現(xiàn)錯(cuò)誤,，書中的方法則是先打開VC++，然后打開VdwLibs.dsw,，選擇Batch Build下的Rebuild All創(chuàng)建庫(kù),，但是筆者試了幾次均不成功。
庫(kù)文件生成之后,，即可打開創(chuàng)建好的驅(qū)動(dòng)程序，并在VC++的菜單中打開DDK Build Setting,，再在DDK Root Directory中設(shè)置DDK的路徑為實(shí)際安裝的路徑,，之后點(diǎn)擊Build圖標(biāo)，就可以生成BPSKDRIVER.sys文件了,。另外,，驅(qū)動(dòng)的類型可以自己設(shè)定，Windows系統(tǒng)定義了一系列的設(shè)備類名和GUID,，找到驅(qū)動(dòng)工程文件中后綴名為.inf的安裝文件,，將其內(nèi)容修改成與硬件信息一致就可以了。然后將此文件拷貝到工程中的i386文件夾中,。至此,，一個(gè)完整的驅(qū)動(dòng)就創(chuàng)建成功了。
4 結(jié)束語
本驅(qū)動(dòng)現(xiàn)在已經(jīng)經(jīng)過測(cè)試,，工作正常,。并已經(jīng)應(yīng)用于數(shù)字衛(wèi)星解調(diào)卡中。WDM編程環(huán)境的創(chuàng)建具有筆者自己的見解,，并且可以實(shí)現(xiàn)一次創(chuàng)建即成功,，希望對(duì)同類驅(qū)動(dòng)程序的開發(fā)具有借鑒作用。