PCI传输卡的WDM驱动程序设计

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增大字体作者：佚名来源：本站整理发布时间：2009-01-11 00:03:03

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摘要：介绍了在Windows2000操作系统下，使用DriverStudio软件编写符合WDM模式的PCI数据传输卡驱动程序，并详细分析了一个应用实例。

关键词：PCI总线设备驱动程序 WDM模式 DriverStudio

ＰＣＩ总线规范是为提高微机总线的数据传输速度而制定的一种局部总线标准。在设计自行开发的基于ＰＣＩ总线的数据传输设备时，需要开发相应的设备驱动程序。通常开发ＰＣＩ设备驱动程序有多种模式，在Ｗｉｎｄｏｗｓ２０００环境下，主要采用ＷＤＭ模式。本文针对自行开发的基于ＰＣＩ总线的ＣＣＤ视频信号传输控制卡，编写了符合ＷＤＭ模式的驱动程序。

１ＷＤＭ模式驱动程序

１．１ＷＤＭ模式（ＷｉｎｄｏｗｓＤｒｉｖｅｒＭｏｄｅｌ）

Ｗｉｎｄｏｗｓ２０００对驱动程序的编写不再基于以往的Ｗｉｎ３．ｘ和Ｗｉｎ９ｘ下的ＶｘＤ（虚拟设备驱动程序）结构，而是基于一种新的驱动模型——ＷＤＭ（ＷｉｎｄｏｗｓＤｒｉｖｅｒＭｏｄｅｌ）。

ＷＤＭ为Ｗｉｎｄｏｗｓ９８／２０００／ＸＰ操作系统的设备驱动程序的设计提供了统一的框架。ＷＤＭ来源于ＷｉｎｄｏｗｓＮＴ的分层３２位设备驱动程序模型（ｌａｙｅｒｅｄ３２－ｂｉｔｄｅｖｉｃｅｄｒｉｖｅｒｍｏｄｅｌ）。它支持更多的特性，如即插即用（ＰｎＰ）、电源管理、ＷＭＩ和ＮＴ事件。

１．２设备驱动程序

设备驱动程序是操作系统的一个组成部分，它由Ｉ／Ｏ管理器（Ｉ／ＯＭａｎａｇｅｒ）管理和调动。Ｗｉｎｄｏｗｓ２０００操作系统下的Ｉ／Ｏ管理器功能描述如图１所示。

Ｉ／Ｏ管理器每收到一个来自用户应用程序的请求就创建一个Ｉ／Ｏ请求包（ＩＲＰ）的数据结构，并将其作为参数传递给驱动程序。驱动程序通过识别ＩＲＰ中的物理设备对象（ＰＤＯ）来区别是发送给哪一个设备。ＩＲＰ结构中存放请求的类型、用户缓冲区的首地址、用户请求数据的长度等信息。驱动程序处理完这个请求后，在该结构中填入处理结果的有关信息，调用ＩｏＣｏｍｐｌｅｔｅＲｅｑｕｅｓｔ将其返回给Ｉ／Ｏ管理器，用户应用程序的请求随即返回。访问硬件时，驱动程序通过调用硬件抽象层的函数实现。
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１．３ＤｒｉｖｅｒＳｔｕｄｉｏ工具简介

ＮｕＭｅｇａＬａｂ公司开发的ＤｒｉｖｅｒＳｔｕｄｉｏ是一整套开发、调试和检测Ｗｉｎｄｏｗｓ平台下设备驱动程序的工具软件包。它把ＤＤＫ（ＤｅｖｉｃｅＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔＫｉｔ）封装成完整的Ｃ＋＋函数库，根据具体硬件通过向导生成框架代码，并且提供了一套完整的调试和性能测试工具ＳｏｆｔＩＣＥ、ＤｒｉｖｅｒＭｏｎｉｔｏｒ等。

２应用实例

本文利用ＰＣＩ专用接口芯片ＰＣＩ９０５２设计了一个数据传输控制卡。卡上主要的芯片有ＰＣＩ９０５２、ＦＩＦＯ（ＣＹ７Ｃ４２２１）、ＣＰＬＤ（ＭＡＸ７０６４Ｓ）和Ａ／Ｄ转换器（ＭＡＸ１１９７）。传输卡硬件框图如图２所示。面阵ＣＣＤ得到的视频信号经过调理电路，生成的视频调理信号通过Ａ／Ｄ转换器进行数字化处理，送入ＦＩＦＯ中。在ＣＰＬＤ的控制下，数据经过ＰＣＩ９０５２送入ＰＣＩ总线，再传送到计算机内存中，并显示在监视器上。驱动程序必须实现如下几个基本功能：（１）硬件中断；（２）能支持应用程序获取数据；（３）能根据外部ＦＩＦＯ（ＣＹ７Ｃ４２２１）的状态启动或停止突发传输。

在数据输入过程中，最重要的是对数据进行实时控制，因此需要硬件中断。在中断程序中，根据外部ＦＩＦＯ状态完成数据的读入。

２．１用ＤｒｉｖｅｒＷｉｚａｒｄ生成驱动程序框架

ＤｒｉｖｅｒＳｔｕｄｉｏ中的ＤｒｉｖｅｒＷｏｒｋｓ软件为开发ＷＤＭ程序提供了一个完整的框架。它包含一个可快速生成ＷＤＭ驱动程序框架的代码生成向导工具ＤｒｉｖｅｒＷｉｚａｒｄ，而且还带有许多类库。在用ＤｒｉｖｅｒＷｉｚａｒｄ生成的程序框架中写入相对于设备的特定代码，编译后即可得到所需的驱动程序。

在利用ＤｒｉｖｅｒＷｏｒｋｓＶ２．７的向导ＤｒｉｖｅｒＷｉｚａｒｄ完成驱动程序的框架时共有１１个步骤，其中关键步骤有：

（１）在第四步中选中ＰＣＩ，并在ＶｅｎｄｏｒＩＤ和ＤｅｖｉｃｅＩＤ中分别输入厂商号和设备号，还需填入ＰＣＩＳｕｂｓｙｓｔｅｍＩＤ和ＰＣＩＲｅｖｉｓｉｏｎＩＤ。这四项可以用网上的免费软件ＰＣＩＴｒｅｅ或ＰＣＩＶｉｅｗ浏览ＰＣＩ设备，用这两个软件也可以得到ＢＡＲ０～ＢＡＲ５的资源分配情况和中断号。
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（２）第七步ＩＲＰ队列排队方法，它决定了驱动程序检查设备的方式。本设计选ＳｙｓｔｅｍＭａｎａｇｅｄ，则所有的ＩＲＰ排队都由系统（即Ｉ／Ｏ管理器）完成。

（３）第九步是最关键的一步。首先在Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ中添加资源，在ｎａｍｅ中输入变量名，在ＰＣＩＢａｓｅＡｄｄｒｅｓｓ中输入０～５的序列号。０～５和ＢＡＲ０～ＢＡＲ５一一对应。在设置中断对话框中，在ｎａｍｅ栏写入中断服务程序的名称，选中创建中断服务程序ＩＳＲ?穴ＣｒｅａｔｅＩＳＲ?雪，不选创建延迟程序调用ＤＰＣ（ＣｒｅａｔｅＤＰＣ），选中ＭａｋｅＩＳＲ／ＤＰＣｃｌａｓｓｆｕｎｃｔｉｏｎｓ，使ＩＳＲ／ＤＰＣ成为设备类的成员函数。

其次选中Ｂｕｆｆｅｒ以选取读写方式，用于描述与Ｉ／Ｏ操作相关的数据缓冲区。本设计需要快速传送大量数据，因此采用ＤｉｒｅｃｔＩ／Ｏ方式。

（４）在第十步中，需要加入与应用程序或者其他驱动程序通信的Ｉ／Ｏ控制代码参量。

２．２驱动程序模块框图和代码分布

ＰＣＩ设备驱动程序模块包括配置空间的访问模块、ＩＯ端口模块、内存读写模块和终端模块等。各模块之间是对等的。驱动程序模块框图如图３所示。

驱动程序初始化模块代码段放在＃ｐｒａｇｍａｃｏｄｅ＿ｓｅｇ（″ＩＮＴ″）和＃ｐｒａｇｍａｃｏｄｅ＿ｓｅｇ（）之间。在系统初始化完成后，这部分代码从内存中释放，防止占用系统宝贵的内存资源。＃ｐｒａｇｍａｃｏｄｅ＿ｓｅｇ（）之后是驱动程序和系统的许多模块的实现部分。这部分在驱动程序运行后不会从内存中释放。

２．３驱动程序主要模块的实现

（1）配置空间的访问模块

ＤｒｉｖｅｒＷｏｒｋｓ的ＫＰｃｉＣｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ类封装了访问ＰＣＩ设备配置空间的所有操作。首先初始化这个类的实例：

ＫｐｃｉＣｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎＰｃｉＣｏｎｆｉｇ（）ｍ＿Ｌｏｗｅｒ．ＴｏｐＯｆＳｔａｃｋ（））；

／?觹ｍ＿Ｌｏｗｅｒ是ＫｐｎｐＬｏｗｅｒＤｅｖｉｃｅ类的对象。ｍ＿ＬｏｗｅｒＴｏｐＯｆＳｔａｃｋ（）返回当前设备堆栈顶部的设备对象。*/

初始化完后可以直接利用成员函数ＲｅａｄＨｅａｄｅｒ／ＷｒｉｔｅＨｅａｄｅｒ函数访问所有的配置寄存器。

为了确定映射空间的类型和大小，先向目标基地址寄存器写入０Ｘｆｆｆｆｆｆｆｆｈ，然后回读该寄存器的值。如果最低位为１，表示映射于Ｉ／Ｏ空间，反之为存储空间；如果映射于存储空间，从第四位开始计算０的个数可以确定内存空间的大小；如果是Ｉ／Ｏ方式，从第二位开始计算０的个数可确定Ｉ／Ｏ空间的大小，最大为２５６字节。如果设备的存储空间超过２５６字节，要实现设备的整个存储部分的访问，就必须采用内存映射。

（２）Ｉ／Ｏ操作模块

Ｄｒｉｖｅｒｗｏｒｋｓ的ＫＩｏＲａｎｇｅ类封装了Ｉ／Ｏ端口访问的操作。部分代码如下：

{……

ＫＩＯＲａｎｇｅＤｅｖＩｏＰｏｒｔ () ；／／创建实例

ＮＴＳＴＡＴＵＳｓｔａｔｕｓ＝ＤｅｖＩｏＰｏｒｔ ()．Ｉｎｉｔｉａｌｉｚｅ ( ｐＲｅｓＬｉｓｔＴｒａｎｓｌａｔｅｄ，ｐＲｅｓＬｉｓｔＲａＷ，ＰｃｉＣｏｎｆｉｇ．ＢａｓｅＡｄｄｒｅｓｓＩｎｄｅｘＴｏＯｒｄｉｎａｌ(0))；

／* 第一个参数为转换后的资源列表指针；第二个参数为原始资源列表指针；第三个参数中的０为Ｉ／Ｏ口对应的基地址，用来转换成特定端口资源的序数?*／

Ｉｆ(ＮＴ＿ＳＵＣＣＥＳＳ(ｓｔａｔｕｓ))

{……

ＤｅｖＩｏＰｏｒｔ．ｉｎｂ(0,ＬｉｎｅＢｕｆ１,１０);

／*成功初始化后可分别用ＫＩｏＲａｎｇｅ类的成员函数ｉｎｂ(／ｏｕｔｂ)从端口中读／写字节 *／

}

ｅｌｓｅ｛Ｉｎｖａｌｉｄａｔｅ()；ｒｅｔｕｒｎｓｔａｔｕｓ；