??? 摘? 要: 介紹了在Windows2000操作系統(tǒng)下,使用DriverStudio軟件編寫符合WDM模式的PCI數(shù)據(jù)傳輸卡驅動程序,并詳細分析了一個應用實例??
??? 關鍵詞: PCI總線? 設備驅動程序? WDM模式? DriverStudio
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PCI總線規(guī)范是為提高微機總線的數(shù)據(jù)傳輸速度而制定的一種局部總線標準?在設計自行開發(fā)的基于PCI總線的數(shù)據(jù)傳輸設備時,需要開發(fā)相應的設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序?通常開發(fā)PCI設備驅動程序有多種模式,在Windows2000環(huán)境下,主要采用WDM模式?本文針對自行開發(fā)的基于PCI總線的CCD視頻信號傳輸控制卡,編寫了符合WDM模式的驅動程序?
1 WDM模式驅動程序
1.1 WDM模式(Windows Driver Model)
Windows2000對驅動程序的編寫不再基于以往的Win3.x和Win9x下的VxD(虛擬設備驅動程序)結構,而是基于一種新的驅動模型——WDM(Windows Driver Model)?
WDM為Windows98/2000/XP操作系統(tǒng)的設備驅動程序的設計提供了統(tǒng)一的框架?WDM來源于Windows NT的分層32位設備驅動程序模型(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 設備驅動程序
設備驅動程序是操作系統(tǒng)的一個組成部分,它由I/O管理器(I/O" title="I/O">I/O Manager)管理和調動?Windows2000操作系統(tǒng)下的I/O管理器" title="管理器">管理器功能描述如圖1所示?
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I/O管理器每收到一個來自用戶應用程序" title="應用程序">應用程序的請求就創(chuàng)建一個I/O請求包(IRP)的數(shù)據(jù)結構,并將其作為參數(shù)傳遞給驅動程序?驅動程序通過識別IRP中的物理設備對象(PDO)來區(qū)別是發(fā)送給哪一個設備?IRP結構中存放請求的類型?用戶緩沖區(qū)的首地址?用戶請求數(shù)據(jù)的長度等信息?驅動程序處理完這個請求后,在該結構中填入處理結果的有關信息,調用IoCompleteRequest將其返回給 I/O管理器,用戶應用程序的請求隨即返回?訪問硬件時,驅動程序通過調用硬件抽象層的函數(shù)實現(xiàn)?
1.3 DriverStudio工具簡介
NuMega Lab公司開發(fā)的DriverStudio是一整套開發(fā)?調試和檢測Windows平臺下設備驅動程序的工具軟件包?它把DDK(Device Development Kit)封裝成完整的C++函數(shù)庫,根據(jù)具體硬件通過向導生成框架代碼,并且提供了一套完整的調試和性能測試工具SoftICE?DriverMonitor等?
2 應用實例
本文利用PCI專用接口芯片PCI9052設計了一個數(shù)據(jù)傳輸控制卡?卡上主要的芯片有PCI9052?FIFO(CY
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??? 在數(shù)據(jù)輸入過程中,最重要的是對數(shù)據(jù)進行實時控制,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生成驅動程序框架
??? DriverStudio中的DriverWorks軟件為開發(fā)WDM程序提供了一個完整的框架?它包含一個可快速生成WDM驅動程序框架的代碼生成向導工具DriverWizard,而且還帶有許多類庫?在用DriverWizard生成的程序框架中寫入相對于設備的特定代碼,編譯后即可得到所需的驅動程序?
在利用DriverWorks V2.7的向導Driver Wizard完成驅動程序的框架時共有11個步驟,其中關鍵步驟有:
(1)在第四步中選中PCI,并在VendorID和DeviceID中分別輸入廠商號和設備號,還需填入PCI Subsystem ID和PCI Revision ID?這四項可以用網(wǎng)上的免費軟件PCITree或PCIView瀏覽PCI設備,用這兩個軟件也可以得到BAR0~BAR5的資源分配情況和中斷號?
(2)第七步IRP隊列排隊方法,它決定了驅動程序檢查設備的方式?本設計選SystemManaged,則所有的IRP排隊都由系統(tǒng)(即I/O管理器)完成?
(3)第九步是最關鍵的一步?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。0～5和BAR0～BAR5一一對應?在設置中斷對話框中,在name欄寫入中斷服務程序的名稱,選中創(chuàng)建中斷服務程序ISR(Create ISR),不選創(chuàng)建延遲程序調用DPC(Create DPC),選中Make ISR/DPC class functions,使ISR/DPC成為設備類的成員函數(shù)?
??? 其次選中Buffer以選取讀寫方式,用于描述與I/O操作相關的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)?本設計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,需要加入與應用程序或者其他驅動程序通信的I/O控制代碼參量?
2.2 驅動程序模塊框圖和代碼分布
??? PCI設備驅動程序模塊包括配置空間的訪問模塊?IO端口模塊?內存讀寫模塊和終端模塊等?各模塊之間是對等的?驅動程序模塊框圖如圖3所示?
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??? 驅動程序初始化模塊代碼段放在#pragma? code_seg (“INT”)和#pragma? code_seg( )雪之間?在系統(tǒng)初始化完成后,這部分代碼從內存中釋放,防止占用系統(tǒng)寶貴的內存資源?#pragma? code_seg( )之后是驅動程序和系統(tǒng)的許多模塊的實現(xiàn)部分。這部分在驅動程序運行后不會從內存中釋放。
2.3 驅動程序主要模塊的實現(xiàn)
??? (1) 雪配置空間的訪問模塊
??? DriverWorks的KPciConfiguration類封裝了訪問PCI設備配置空間的所有操作?首先初始化這個類的實例:
??? KpciConfiguration PciConfig(m_Lower.TopOfStack( ));
??? /*m_Lower是 KpnpLowerDevice類的對象?m_LowerTopOfStack( )返回當前設備堆棧頂部的設備對象。*/
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,反之為存儲空間;如果映射于存儲空間,從第四位開始計算0的個數(shù)可以確定內存空間的大小;如果是I/O方式,從第二位開始計算0的個數(shù)可確定I/O空間的大小,最大為256字節(jié)?如果設備的存儲空間超過256字節(jié),要實現(xiàn)設備的整個存儲部分的訪問,就必須采用內存映射?
??? (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)建實例
??? NTSTATUS status= DevIoPort( ).Initialize? (pResListTranslated,pResListRaW,PciConfig.BaseAddressIndexToOrdinal(0));
??? /*第一個參數(shù)為轉換后的資源列表指針;第二個參數(shù)為原始資源列表指針;第三個參數(shù)中的0為 I/O口對應的基地址,用來轉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,錯誤信息在status中*/
??? }
……}
??? (3) 內存讀寫模塊
??? 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?
??? 內存對象也用來發(fā)送控制字,以控制CPLD的開始和停止等?實際上控制字" title="控制字">控制字是通過PCI9052發(fā)送的?該控制字地址已被映射成PCI的內存空間?所以定義一個指向內存空間的內存對象,通過該對象即可發(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是否產(chǎn)生,如果有,則進行突發(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,設置命令寄存器,進行突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸*/
?????? return TRUE;}
??? {
??? 為了將硬件中斷與編寫的中斷服務程序連接在一起,采用InitializeAndConnect方法,部分代碼如下:
??? NTSTATUS TranCardDevice::OnStartDevice(KIrp I)
??? {……
?????? status=m_MyIrq. InitializeAndConnect(
?????? pResListTranlated,
?????? LinkTo(Isr_MyIrq)
?????? This;)
??? ……)
2.4 驅動程序的調用
??? 編寫驅動程序本身不是最終目的,最終目的是調用驅動程序管理資源,并為用戶應用程序使用?驅動程序加載以后,它的許多進程處于Idle狀態(tài),實際上需要用戶應用程序去調用激活?應用程序利用Win32 API直接調用驅動程序,實現(xiàn)驅動程序和應用程序的信息交互?
??? 首先用CreateFile( )打開設備,獲得一個指向設備對象的句柄?使用CreateFile函數(shù)時應注意:由于驅動程序是*.sys,所以第一個參數(shù)應該是這個設備對象的標志連接(symbolic link)?該標志連接名有一個設置數(shù)據(jù)文件搜索路徑的數(shù)字號,而這個數(shù)字號通常是零?如果這個連接名是″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( )進行數(shù)據(jù)的傳送?最后用CloseHandle( )關閉設備句柄?
??? 下面是應用DeviceIoControl( )程序片段?
??? {……
??? m_b=DeviceIoControl(hDevice)TRANCARD_IOCTL_RECEIVE,buffer, sizeof(buffer),NULL, 0,&buffersize,NULL);
??? ……}
2.5 驅動程序的調試
??? 采用SoftICE?DriverMonitor作為調試工具,基本調試過程如下:(1)使用symbol loader加載驅動程序,然后使用SoftICE跟蹤調試,確認驅動程序正常加載;(2)對核心的中斷響應程序代碼,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),通過查看內存的數(shù)據(jù),確認數(shù)據(jù)傳輸是否正確?
??? 在驅動程序的調試過程中,經(jīng)常出現(xiàn)系統(tǒng)“死機”?“藍屏”等現(xiàn)象,這些情況可能因內存訪問分頁錯誤?設備資源和系統(tǒng)資源沖突?I/O使用錯誤?程序中“指針”使用錯誤等因素造成?
??? 上述方案均調試通過?使用WDM模式開發(fā)驅動程序,程序結構清晰,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28Mbps以上?
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參考文獻
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2 DriverWorks Help V2.7. Compuware Corporation,2002
3 張惠娟,周利華,翟鴻鳴.Windows環(huán)境下的設備驅動程序設計.西安:西安電子科技大學出版社,2002
4 Chris Cant著,孫 義,馬莉波,國雪飛譯.Windows WDM設備驅動程序開發(fā)指南.2000
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