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PCI傳輸卡的WDM驅(qū)動程序設(shè)計
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(qū)動程序，并詳細分析了一個應(yīng)用實例。關(guān)鍵詞：PCI總線設(shè)備驅(qū)動程序WDM模式DriverStudio
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(biāo)準(zhǔn)。在設(shè)計自行開發(fā)的基于ＰＣＩ總線的數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備時，需要開發(fā)相應(yīng)的設(shè)備驅(qū)動程序。通常開發(fā)ＰＣＩ設(shè)備驅(qū)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(qū)動程序。
�。保祝模湍Ｊ津�(qū)動程序
１．１ＷＤＭ模式（ＷｉｎｄｏｗｓＤｒｉｖｅｒＭｏｄｅｌ）
�。祝椋睿洌铮鳎螅玻埃埃皩︱�(qū)動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)動程序）結(jié)構(gòu)，而是基于一種新的驅(qū)動模型——ＷＤＭ（ＷｉｎｄｏｗｓＤｒｉｖｅｒＭｏｄｅｌ）。
�。祝模蜑椋祝椋睿洌铮鳎螅梗福玻埃埃埃兀胁僮飨到y(tǒng)的設(shè)備驅(qū)動程序的設(shè)計提供了統(tǒng)一的框架。ＷＤＭ來源于ＷｉｎｄｏｗｓＮＴ的分層３２位設(shè)備驅(qū)動程序模型（ｌａｙｅｒｅｄ３２－ｂｉｔｄｅｖｉｃｅｄｒｉｖｅｒｍｏｄｅｌ）。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)動程序
設(shè)備驅(qū)動程序是操作系統(tǒng)的一個組成部分，它由Ｉ／Ｏ管理器（Ｉ／ＯＭａｎａｇｅｒ）管理和調(diào)動。Ｗｉｎｄｏｗｓ２０００操作系統(tǒng)下的Ｉ／Ｏ管理器功能描述如圖１所示。
�。桑瞎芾砥髅渴盏揭粋�來自用戶應(yīng)用程序的請求就創(chuàng)建一個Ｉ／Ｏ請求包（ＩＲＰ）的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并將其作為參數(shù)傳遞給驅(qū)動程序。驅(qū)動程序通過識別ＩＲＰ中的物理設(shè)備對象（ＰＤＯ）來區(qū)別是發(fā)送給哪一個設(shè)備。ＩＲＰ結(jié)構(gòu)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(qū)動程序處理完這個請求后，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)用程序的請求隨即返回。訪問硬件時，驅(qū)動程序通過調(diào)用硬件抽象層的函數(shù)實現(xiàn)。
�。保常模颍椋觯澹颍樱簦酰洌椋锕ぞ吆喗�
�。危酰停澹纾幔蹋幔夤鹃_發(fā)的ＤｒｉｖｅｒＳｔｕｄｉｏ是一整套開發(fā)、調(diào)試和檢測Ｗｉｎｄｏｗｓ平臺下設(shè)備驅(qū)動程序的工具軟件包。它把ＤＤＫ（ＤｅｖｉｃｅＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔＫｉｔ）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)用實例
本文利用ＰＣＩ專用接口芯片ＰＣＩ９０５２設(shè)計了一個數(shù)據(jù)傳輸控制卡�？ㄉ现饕男酒校校茫桑梗埃担�、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得到的視頻信號經(jīng)過調(diào)理電路，生成的視頻調(diào)理信號通過Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換器進行數(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，再傳送到計算機內(nèi)存中，并顯示在監(jiān)視器上。驅(qū)動程序必須實現(xiàn)如下幾個基本功能：（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)啟動或停止突發(fā)傳輸。
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。
�。玻庇茫模颍椋觯澹颍祝椋幔颍渖沈�(qū)動程序框架
�。模颍椋觯澹颍樱簦酰洌椋镏械模模颍椋觯澹颍祝铮颍耄筌浖䴙殚_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(qū)動程序框架的代碼生成向?qū)Чぞ撸模颍椋觯澹颍祝椋幔颍�，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(shè)備的特定代碼，編譯后即可得到所需的驅(qū)動程序。
在利用ＤｒｉｖｅｒＷｏｒｋｓＶ２．７的向?qū)В模颍椋觯澹颍祝椋幔颍渫瓿沈?qū)動程序的框架時共有１１個步驟，其中關(guān)鍵步驟有：
�。ǎ保┰诘谒牟街羞x中ＰＣＩ，并在ＶｅｎｄｏｒＩＤ和ＤｅｖｉｃｅＩＤ中分別輸入廠商號和設(shè)備號，還需填入ＰＣＩＳｕｂｓｙｓｔｅｍＩＤ和ＰＣＩＲｅｖｉｓｉｏｎＩＤ。這四項可以用網(wǎng)上的免費軟件ＰＣＩＴｒｅｅ或ＰＣＩＶｉｅｗ瀏覽ＰＣＩ設(shè)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(qū)動程序檢查設(shè)備的方式。本設(shè)計選ＳｙｓｔｅｍＭａｎａｇｅｄ，則所有的ＩＲＰ排隊都由系統(tǒng)（即Ｉ／Ｏ管理器）完成。
�。ǎ常┑诰挪绞亲铌P(guān)鍵的一步。首先在Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ中添加資源，在ｎａｍｅ中輸入變量名，在ＰＣＩＢａｓｅＡｄｄｒｅｓｓ中輸入０～５的序列號。０～５和ＢＡＲ０～ＢＡＲ５一一對應(yīng)。在設(shè)置中斷對話框中，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ＣｒｅａｔｅＩＳＲ?雪，不選創(chuàng)建延遲程序調(diào)用ＤＰＣ（ＣｒｅａｔｅＤＰＣ），選中ＭａｋｅＩＳＲ／ＤＰＣｃｌａｓｓｆｕｎｃｔｉｏｎｓ，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)計需要快速傳送大量數(shù)據(jù)，因此采用ＤｉｒｅｃｔＩ／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)動程序通信的Ｉ／Ｏ控制代碼參量。
２．２驅(qū)動程序模塊框圖和代碼分布
ＰＣＩ設(shè)備驅(qū)動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。各模塊之間是對等的。驅(qū)動程序模塊框圖如圖３所示。
驅(qū)動程序初始化模塊代碼段放在＃ｐｒａｇｍａｃｏｄｅ＿ｓｅｇ（″ＩＮＴ″）和＃ｐｒａｇｍａｃｏｄｅ＿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。＃ｐｒａｇｍａｃｏｄｅ＿ｓｅｇ（）之后是驅(qū)動程序和系統(tǒng)的許多模塊的實現(xiàn)部分。這部分在驅(qū)動程序運行后不會從內(nèi)存中釋放。
�。玻瞅�(qū)動程序主要模塊的實現(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。首先初始化這個類的實例：
ＫｐｃｉＣｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎＰｃｉＣｏｎｆｉｇ（）ｍ＿Ｌｏｗｅｒ．ＴｏｐＯｆＳｔａｃｋ（））；
／?觹ｍ＿Ｌｏｗｅｒ是ＫｐｎｐＬｏｗｅｒＤｅｖｉｃｅ類的對象。ｍ＿ＬｏｗｅｒＴｏｐＯｆＳｔａｃｋ（）返回當(dāng)前設(shè)備堆棧頂部的設(shè)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(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(nèi)存空間的大��；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(shè)備的存儲空間超過２５６字節(jié)，要實現(xiàn)設(shè)備的整個存儲部分的訪問，就必須采用內(nèi)存映射。
（２）Ｉ／Ｏ操作模塊
�。模颍椋觯澹颍鳎铮颍耄蟮模耍桑铮遥幔睿纾孱惙庋b了Ｉ／Ｏ端口訪問的操作。部分代碼如下：
{……
�。耍桑希遥幔睿纾澹模澹觯桑铮校铮颍�()；／／創(chuàng)建實例
ＮＴＳＴＡＴＵＳｓｔａｔｕｓ＝ＤｅｖＩｏＰｏｒｔ()．Ｉｎｉｔｉａｌｉｚｅ(ｐＲｅｓＬｉｓｔＴｒａｎｓｌａｔｅｄ，ｐＲｅｓＬｉｓｔＲａＷ，ＰｃｉＣｏｎｆｉｇ．ＢａｓｅＡｄｄｒｅｓｓＩｎｄｅｘＴｏＯｒｄｉｎａｌ(0))；
／*第一個參數(shù)為轉(zhuǎn)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(yīng)的基地址，用來轉(zhuǎn)換成特定端口資源的序數(shù)?*／
�。桑�(ＮＴ＿ＳＵＣＣＥＳＳ(ｓｔａｔｕｓ))
{……
�。模澹觯桑铮校铮颍簦椋睿�(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)*／
}
�。澹欤螅澹桑睿觯幔欤椋洌幔簦�()；ｒｅｔｕｒｎｓｔａｔｕｓ；
／*未能初始化成功，錯誤信息在ｓｔａｔｕｓ中*／
{
……}
(３)內(nèi)存讀寫模塊
ＤｒｉｖｅｒＷｏｒｋｓ的ＫＭｅｍｏｒｙＲａｎｇｅ類封裝了端口訪問的操作。
�。螅簦幔簦酰螅剑恚撸停澹恚铮颍遥幔睿纾�()．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。所以定義一個指向內(nèi)存空間的內(nèi)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(yīng)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)。
�。拢希希蹋牛粒危裕颍幔睿茫幔颍�::Ｉｓｒ＿ＭｙＩｒｑ(ｖｏｉｄ)
{ｉｆ(／／中斷未產(chǎn)生)
{……
�。颍澹簦酰颍睿疲粒蹋樱�;}
ｅｌｓｅ
{／*如果產(chǎn)生硬件中斷，設(shè)置命令寄存器，進行突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸*／
ｒｅｔｕｒｎＴＲＵＥ;}
}
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：
�。危裕樱裕粒裕眨樱裕颍幔睿茫幔颍洌模澹觯椋悖�?押?押ＯｎＳｔａｒｔＤｅｖｉｃｅ(ＫＩｒｐＩ)
{……
�。螅簦幔簦酰螅剑恚撸停桑颍瘢桑睿椋簦椋幔欤椋澹粒睿洌茫铮睿睿澹悖�(
�。穑遥澹螅蹋椋螅簦裕颍幔睿欤幔簦澹�,
ＬｉｎｋＴｏ(Ｉｓｒ＿ＭｙＩｒｑ),
Ｔｈｉｓ;)
……}
�。玻打�(qū)動程序的調(diào)用
編寫驅(qū)動程序本身不是最終目的，最終目的是調(diào)用驅(qū)動程序管理資源，并為用戶應(yīng)用程序使用。驅(qū)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(yīng)用程序去調(diào)用激活。應(yīng)用程序利用Ｗｉｎ３２ＡＰＩ直接調(diào)用驅(qū)動程序，實現(xiàn)驅(qū)動程序和應(yīng)用程序的信息交互。
首先用ＣｒｅａｔｅＦｉｌｅ()打開設(shè)備，獲得一個指向設(shè)備對象的句柄。使用ＣｒｅａｔｅＦｉｌｅ函數(shù)時應(yīng)注意：由于驅(qū)動程序是*．ｓｙｓ，所以第一個參數(shù)應(yīng)該是這個設(shè)備對象的標(biāo)志連接（ｓｙｍｂｏｌｉｃｌｉｎｋ）。該標(biāo)志連接名有一個設(shè)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：
�。龋粒危模蹋牛瑁模澹觯椋悖澹剑茫颍澹幔簦澹疲椋欤�(″＼＼＼＼．＼＼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(guān)閉設(shè)備句柄。
下面是應(yīng)用ＤｅｖｉｃｅＩｏＣｏｎｔｒｏｌ()程序片段。
{……
�。恚撸猓剑模澹觯椋悖澹桑铮茫铮睿簦颍铮�(ｈＤｅｖｉｃｅ,ＴＲＡＮＣＡＲＤ＿ＩＯＣＴＬ＿
ＲＥＣＥＩＶＥ(ｂｕｆｆｅｒ,ｓｉｚｅｏｆ,ｂｕｆｆｅｒ,ＮＵＬＬ,0,＆ｂｕｆｆｅｒｓｉｚｅ，ＮＵＬＬ);
……}
２．５驅(qū)動程序的調(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ｓｙｍｂｏｌｌｏａｄｅｒ加載驅(qū)動程序，然后使用ＳｏｆｔＩＣＥ跟蹤調(diào)試，確認(rèn)驅(qū)動程序正常加載；（２）對核心的中斷響應(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)動程序的調(diào)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(nèi)存訪問分頁錯誤、設(shè)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(diào)試通過。使用ＷＤＭ模式開發(fā)驅(qū)動程序，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２８Ｍｂｐｓ以上。
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