采用PCI9054芯片開發(fā)數(shù)字衛(wèi)星解調(diào)卡的WDM驅(qū)動程序

引言

PCI是由Intel公司1991年推出的一種局部總線。從結(jié)構(gòu)上看，PCI是在CPU和原來的系統(tǒng)總線之間插入的一級總線，具體由一個橋接電路實現(xiàn)對這一層的管理，并實現(xiàn)上下之間的接口以協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)的傳送。管理器提供了信號緩沖，使之能支持10種外設(shè)，并能在高時鐘頻率下保持高性能，它為顯卡，聲卡，網(wǎng)卡，MODEM等設(shè)備提供了連接接口，它的工作頻率為33MHz/66MHz。 32 位PCI 的數(shù)據(jù)傳輸率為133MB／s，擴(kuò)展后的數(shù)據(jù)傳輸峰值速率高達(dá)264 MB／s。

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。 PLX9054作為一種接口芯片，在pci總線和local總線之間傳遞信息。PCI卡就是利用plx9054的這一特性，通過接口控制電路 ，為外圍設(shè)備和pc機(jī)間 搭建一座硬件橋，完成數(shù)據(jù)的順利傳輸。 選擇 Plx9054 本地總線可以工作在M，C，J三種模式。 9054支持主模式，從模式，dma傳輸模式，可以用于試配卡和嵌入式系統(tǒng) 。Plx9054 有一個強(qiáng)大的雙通道分散/收集dma控制器，支持pci主機(jī)和適配器內(nèi)存的高效突發(fā)傳輸。兩個獨立的dma通道能從局部總線到pci總線和從pci總線到局部總線傳輸數(shù)據(jù)。每個通道包括一個dma控制器和一個專用雙向FIFO。兩個通道都支持塊傳輸，分散/收集傳輸，應(yīng)用或者不用EOT傳輸?shù)?。模式選擇在plx9054 成為一個pci總線主設(shè)備之前由主設(shè)備使能位（pcicr）使能。另外，兩個dma通道都能編程實現(xiàn)8，16，32bit局部總線帶寬，使能/使無效內(nèi)部等待周期，使能/使無效局部總線突發(fā)傳輸；執(zhí)行pci存儲器寫并無效操作；設(shè)置pci中斷（inta）或看是否本地中斷（i.int）等 對于數(shù)據(jù)傳輸模式的選擇，主要是根據(jù)硬件制作者對硬件設(shè)計的需求而定的。 PCI9054的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。

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(jī)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)。

WDM模型是Windows2k/xp中分層化的驅(qū)動程序模型，圖中左邊是一個設(shè)備對象堆棧。操作系統(tǒng)的PnP管理器按照要求構(gòu)造設(shè)備對象堆棧，當(dāng)總線驅(qū)動程序檢查到新硬件存在，PnP管理器就創(chuàng)建一個PDO (physical device object，物理設(shè)備對象)，然后PnP管理器參照注冊表中的信息查找與這個PDO相關(guān)的FiDO（filter device object，過濾器設(shè)備對象）和FDO（functional device object功能設(shè)備對象），并按其次序加載直到完成整個堆棧。在這個模型中，驅(qū)動程序的層或堆棧一起工作處理I/O請求。每個影響到設(shè)備的操作都使用IRP（I/O請求包），通常IRP先被送到設(shè)備堆棧的最上層驅(qū)動程序，然后經(jīng)過逐漸過濾到下面的驅(qū)動程序。每一層驅(qū)動程序都可以決定如何處理或僅僅是向下層傳遞該IRP，這取決于設(shè)備以及IRP所攜帶的內(nèi)容。直至該IRP被完成或取消。

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(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)動程序來完成應(yīng)用程序?qū)τ布脑L問?？梢?，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(zhǔn)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(jìn)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(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(jìn)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(jìn)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(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)備傳輸一個新段時，KDmaTransfer的對象將通知驅(qū)動程序調(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(jī)，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(jìn)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(biāo)，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。