引言

　　PCI總線(即外圍部件互連總線)是Intel公司提出的計算機接口總線。它的時鐘頻率為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132 MB／s。此外，PCI總線還可擴展為64位數(shù)據(jù)總線，擴展后的數(shù)據(jù)傳輸峰值速率高達264 MB／s，并支持即插即用功能而且獨立于處理器。由于PCI總線具有諸多優(yōu)點，它已經(jīng)成為PC機的標準總線。因此，PCI接口設(shè)備的驅(qū)動程序" title="驅(qū)動程序">驅(qū)動程序開發(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)制信號的數(shù)字解調(diào)。設(shè)計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分別對應(yīng)設(shè)備號和銷售商號，計算機主要靠這兩個號碼識別硬件。該器件內(nèi)部有6種可編程的FIFO，可以進行數(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支持兩個獨立的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DMA通道包含一個DMA控制器和一個雙向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主機或Local主機能提供PCI和Local的起始地址、傳輸字節(jié)數(shù)和傳輸方向。主機首先設(shè)定DMA開始位并啟動數(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，PCI9054將向主機申請中斷。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個本地等待狀態(tài)；

　　(3)設(shè)置本地總線為突發(fā)傳輸4個雙字長度；

　　(4)使本地地址采用固定模式或線性增長模式；

　　(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傳輸完成或終止計數(shù)器計數(shù)到0時，插入PCI中斷(INTA)或者本地中斷(LINT)；

　　(8)工作于DMA清除計數(shù)模式。

　　2 WDM驅(qū)動程序開發(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)動程序比較復(fù)雜且開發(fā)周期長，它只適合發(fā)行類產(chǎn)品的驅(qū)動開發(fā)。
　　
　　為了簡化驅(qū)動程序的開發(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)動操作提供了服務(wù)函數(shù)，從而為開發(fā)人員提供了一個訪問系統(tǒng)核心的標準界面。由于其驅(qū)動程序開發(fā)采用面向?qū)ο蟮目蚣芙Y(jié)構(gòu)，因而開發(fā)過程比較簡單易行。

　　3 DMA模式WDM驅(qū)動程序開發(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FIFO后，要經(jīng)過PCI9054橋接芯片傳輸?shù)絇C機內(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)動程序來完成應(yīng)用程序?qū)τ布脑L問。可見，驅(qū)動程序?qū)τ谡麄€設(shè)計至關(guān)重要，它關(guān)系到數(shù)據(jù)能否準確無誤的送到指定的目的地。
 

　　驅(qū)動程序完成的主要功能如下：

　　(1)接收應(yīng)用傳送的符號率，配置符號率；

　　(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)動要保證數(shù)據(jù)傳輸順利進行。

　　本設(shè)計使用Driver Works來開發(fā)WDM驅(qū)動程序。

　　3.1 基于Driver Works的WDM驅(qū)動程序框架

　　這里所要生成的是PCI設(shè)備的驅(qū)動程序。采用DMA方式傳輸時，生成WDM驅(qū)動程序框架的主要步驟如下：

　　(1)從VC++中啟動Driver Works，設(shè)置驅(qū)動程序名稱及存放的路徑，設(shè)計時可取驅(qū)動名稱為BPSKDRIVER；

　　(2)選擇工程類型為WDM DRIVER；

　　(3)選擇驅(qū)動類型為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)添加存儲器空間和I／O空間所需的類對象，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)由軟件自動生成并能基本滿足設(shè)計要求，下面重點介紹DMA傳輸控制函數(shù)。

　　設(shè)計中，對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)生該類的一個實例，然后在設(shè)備啟動例程中初始化該實例，即可實現(xiàn)對硬件的兩個I／O地址空間的映射，其中一個I／O地址空間用于訪問橋接芯片PCI9054的寄存器，另一個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對端口進行操作。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。

　　進行DMA傳輸需要用到三個DMA傳輸類，分別為KdmaAdapter、KCommonDmaBuffer和KdmaTransfer。

　　KdmaAdapter是DMA適配器對象，可用于表示需要進行DMA傳輸?shù)脑O(shè)備資源。此對象對于Master設(shè)備和Slave設(shè)備都是適用的。驅(qū)動中，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)對象。驅(qū)動中，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)動程序之間的一段物理上連續(xù)的虛擬內(nèi)存，這個內(nèi)存是從系統(tǒng)中分配出來的，是非常珍貴的資源，任何時候都可以被他的設(shè)備和驅(qū)動程序存取。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)動時應(yīng)對每個DMA請求進行分段，并為每個段提供一個傳輸段描述符數(shù)組。而且，當(dāng)設(shè)備不支持分散／集中時，這個數(shù)組中的描述符只能有一個。每個描述符包含一個物理地址和相應(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度。

　　KdmaTransfer為DMA傳輸對象，用來管理內(nèi)存和設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸，但此時的DMA適配器必須可用。適配器對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都可以對其進行訪問，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)準備傳輸一個新段時，KDmaTransfer的對象將通知驅(qū)動程序調(diào)用回調(diào)例程。回調(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輸出半滿信號時由FPGA通過LINT#信號發(fā)給PCI9054的中斷信號；第二種中斷是DMA傳輸結(jié)束時由DMA中斷控制器產(chǎn)生的。這兩種中斷可以通過對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，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)動程序，首先要建立WDM編程環(huán)境，并創(chuàng)建自己的庫文件。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)驗介紹一種簡單易行的方法：

　　(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)在打開的對話框中的DDK Root Directory中設(shè)置DDK的根目錄(如E：＼WINDDK＼2600)，然后點擊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，并在彈出的對話框中選擇合適的Project configurations。而對于現(xiàn)行的32位機，它不需要像Win32 AMD64 Free等這樣的工程；

　　(5)選好一個工程后，點擊OK，然后點擊Build with BUILD.EXE即可生成所需的庫。然后再根據(jù)自己的需要重新選擇新的Project configurations，以進行庫的創(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，但是筆者試了幾次均不成功。

　　庫文件生成之后，即可打開創(chuàng)建好的驅(qū)動程序，并在VC++的菜單中打開DDK Build Setting，再在DDK Root Directory中設(shè)置DDK的路徑為實際安裝的路徑，之后點擊Build圖標，就可以生成BPSKDRIVER.sys文件了。另外，驅(qū)動的類型可以自己設(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，一個完整的驅(qū)動就創(chuàng)建成功了。

　　4 結(jié)束語

　　本驅(qū)動現(xiàn)在已經(jīng)經(jīng)過測試，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，并且可以實現(xiàn)一次創(chuàng)建即成功，希望對同類驅(qū)動程序的開發(fā)具有借鑒作用。