服务与支持

业界动态

文档下载

技术与应用

PCI 总线高速数据采集卡WDM 驱动程序开发

发布日期：2015-06-15 09:15　　　浏览次数：次

杨纪伟，刘教民，冯瑶

(河北工业大学计算机科学与软件学院，天津300130)

摘要:介绍了PCI 总线的特性、系统结构，结合PCI 设备的具体特点，利用DriverWorks 和VisualC++ 开发Windows 2000 下的PCI 设备驱动程序及其与应用程序的接口，并概述了其实现，方法，给出了PCI 总线驱动程序开发的部分代码。

关键词: PCI 总线; DriverWorks; 设备驱动程序

中固分类号:TP274 文献标识码:A

WDM(Windows Driver Model)是一种便捷式的编程技术，它可以使开发人员写出的驱动程序跨平台运行，支持编写微软所支持的WDM 总线驱动程序。在WDM 中"总线(Bus)" 的概念是一种附加在其他设备(包括物理设备、逻辑设备、虚拟设备)上的设备协议。

PCI 总线体系结构是一种层次式的( Hierarchical)体系结构，其定义了32 位数据总线(可扩展到64 位) ;最高工作频率为33 MHz ，支持并发工作方式，使传输速度更高，在33 MHz 总线速度下，访问时间只需要60ns

;基于ISA ， EISA , MAC 系统的PCI 扩展板，减少了用户的开发成本;对PCI 扩展卡及元件能够自动配置，实现设备的即插即用;处理器独立，不依赖任何CPU ，支持多种处理器及将来更高性能的处理器;PCI 是

一个低延迟、高速的I/ O 总线;PCI 提供数据和地址的奇偶校验功能，保证了数据的完整性和准确性问。

目前开发驱动程序的工具比较多，如DDK ， DriverWorks 等。用DDK 开发驱动程序比较繁琐，难度较大，开发周期长。DriverWorks 把DDK 的函数封装成类，开发者根据自己驱动程序的需要，利用开发工具进

行简单操作就能很方便地生成驱动程序框架，让驱动开发者集中精力去完成驱动程序的基本功能，使WDM驱动程序的开发变得简单、方便，提高了开发效率凶。

1 PCI 总线数据采集卡的硬件设计

硬件系统结构框图见图1。

其中: FPGA 一方面实现PCI 总线接口的功能，另一方面作数据采集控制器。采用异步先进先出存储器(FIFO) 作中间缓存，解决了A/D 部分和PCI 总线速度不同步问题;采用高速模拟多路开关作模拟信号转换;采用高速ADC 芯片(AD5220) 作模拟数字转换。该电路板上电路还包括一些信号调理电路，其主要功能是对输入的模拟信号进行放大、滤波、隔离、衰减、多路复用等一系列处理，使调理以后的信号满足A/D的采样要求。

笔者设计的数据采集卡是基于PCI 总线，采用ALTERA 公司的EPIK50 实现PCI 协议。同时EPIK50 还集成了数据采集控制器，可以有效地简化电路设计。

2 PCI 总线的WDM 设备驱动程序

2.1 PCI 总线数据采集卡设备驱动程序的编制

在PCI 总线数据采集卡的设备驱动程序编制过程中，最重要的是核心组成结构凶。

1)本驱动程序的DriverEntry 例程用来初始化驱动程序范围的数据结构和资源。当l/O 管理器装人驱动程序时，它调用DriverEntry 例程。返回的状态号表明驱动程序是否成功装人并能接收和处理来自PnP 管理器的配置，是否增加及启动其他设备的请求。

2) 在驱动程序初始化之后.PnP 管理器调用驱动程序AddDevice 例程来初始化由该驱动程序所控制的设备。

3) 当一段IRQL 相当高的内核模式的代码正在执行的时候，其他相等或者较低IRQL 的程序就不会执行。但是，如果有太多拥有高的IRQL 的代码执行太长时间的话，就影响了整个系统的性能。时间紧急的事件被延迟处理，从而导致损失惨重。为了避免这个问题，执行大量的内核模式的代码必须分配最低的优先权，这个策略的重要部分是延迟过程调用(DPC) 。

2.2 识别总线上的PCI 设备

识别PCI 器件的方法是先向配置空间地址寄存器写入总线和设备号，在里面搜索PCI 器件时得到的寄存器号，再对配置空间数据寄存器进行读写。用C 语言描述如下:

BOOL search_pciO j j检验计算机上的PCI 设备的子程序

{

forCio_cf8 = Ox80000000; io_cf8< = Ox80ffffOO; io_cf8+ = Ox800;)

{

DWORD_OUTCOxOcf8 , io_cf8); //OxOcf8 为输出端口地址，向其输出有效控制宇

io_cfc=DWORD_INCOxcfc); //Oxcfc 为输入端口地址，从其读人返回值

ifCio_cfc! = Oxffffffff) //找到了PCI 设备

{

DWORD_OUTCOxOc侣， io_cf8) ;//读取VID

VID=DWORD_INCOxcfc) ;

ifCVID= =OxlOb5) //找到PCI 开发卡设备

{

PCI_BASE= io_cf8; //将基址赋值以便进行下一步的访问工作

Return （TURE);

}

Return CFALSE);

}

2.3 读写配置空间取得配置信息

PCI 设备的许多参数，包括所用的中断号、端口地址的范围、l/O 方式、存储器的地址、存储器映射方式等，都可以从PCI 配置空间的各基址所对应的寻址空间中得到。读写配置空间可以调用BIOS 中断lAH ，也可以先向配置空间地址寄存器写入总线和设备号，在前面搜索PCI 器件时得到的寄存器号，再对配置空间数据寄存器进行读写。对设备驱动来说，最重要的是获得基址寄存器。不能认为PCI 器件资源总是设计设备时设置的初值，系统可能会根据硬件情况为PCI 设备分配新的资源。用C 语言描述如下

void read_pci（） //读PCI 卡的配置寄存器

{

ifC search_pci（） = =TURE) //找到PCI 卡

{

int i;

i0_cf8= PCI_BASE;

DWORD_OUT（ oxocf8， io_cf8) ; //向输出端口输出有效控制宇

io_cfc= DWORD_IN (oxcfc) ; //从输人端口读人返回值

for (i=O;i<=15 ;i+ +) //从io_cf8 这个地址开始在oh-63h 地址范围内读取该设备PCI 配置寄存器的值

{

DWORD_OUT( oxocf8 , io_cf8 +4 *i); //每次读双字节数据

buffer[i] = DWORD_IN ( oxcfc) ; //读人PCI 配置寄存器的值

}

2.4 驱动程序与应用程序的通信

在WindowsNTj2000jXP 中，应用程序与驱动程序间的通信通过调用Win32 API 实现，应用程序用CreatFileC) 通过巳经定义的设备接口获取驱动程序的文件句柄，然后将文件句柄作为其他Win32 API 函数的一个参数，对驱动程序进行数据操作，应用程序可以通过API 函数DeviceloControl 来实现对设备的访问，获取信息，发送命令，交换数据等。在应用程序中，加入以下函数，即可实现访问驱动程序所定义的缓冲区的操作，从而实现了驱动程序与应用程序的通信问题。

HANOLE hOevice;

hDevice = CreateFile ("\ \ \ \. \ \Onepci" ,GENERIC_REAO I GENERIC_ WRITE ,

FIL E_ SHARE_REAO I FIL E_ SHARE_ WRITE , NULL , OPEN_EXIST2ING,

FIL E_ ATTRIBUTENORMAL,NULL) ;

//获得驱动程序的句柄;

ULONG Test_ONEPCLIOCTL_806(ULONG sel)

KS_MAILBOX_MESSAG E message;

message. MessageMailBox = 0;

message. MessageValue = sel;

ULONG nOutput; / / Count written to bufOutput

if (! OeviceloControl(hOevice , / /设备句柄

ONEPCI_IOCTL_806 , / /应用程序调用驱动程序的控制命令