基于PCI總線(xiàn)的實(shí)時(shí)測頻卡WDM驅動(dòng)程序設計方案

PCI總線(xiàn)是一種與CPU無(wú)關(guān)的32／64位地址數據復用總線(xiàn)，工作頻率為33 MHz／66 MHz，它支持突發(fā)傳輸，具有即插即用、電源管理等功能。PCI總線(xiàn)以其優(yōu)良性能和可適應性成為現代微機的主流總線(xiàn)。在開(kāi)發(fā)PCI設備的過(guò)程中，需要為PCI設備寫(xiě)驅動(dòng)程序。Windows驅動(dòng)程序模型(WDM)是Microsoft公司力推的全新驅動(dòng)程序模式，它支持PhP、電源管理和WMI等技術(shù)。在Windows操作平臺上，WDM已成為主流的驅動(dòng)模型。這里主要介紹根據工程背景開(kāi)發(fā)的基于PCI總線(xiàn)的實(shí)時(shí)測頻卡的WDM驅動(dòng)程序設計。

1實(shí)時(shí)測頻卡硬件系統結構

實(shí)時(shí)測頻卡的主要功能是實(shí)時(shí)測定信號頻率，實(shí)時(shí)識別信號調制方式。系統的電路框圖如圖1所示。外部待測信號通過(guò)SMA接口進(jìn)入實(shí)時(shí)測頻卡的ADC。ADC輸出的數字信號在FPGA中緩存后進(jìn)入DSP。在DSP內對信號進(jìn)行粗估，然后通過(guò)EMIF接口把轉化為頻率和相位控制字的粗估結果發(fā)給DDC。DDC做出調整后，通過(guò)FPGA把移頻和降采樣后的信號輸入給DSP。 DSP依據粗估結果和DDC的數據進(jìn)行實(shí)時(shí)測頻。測頻完畢后，通過(guò)PCI總線(xiàn)向PC機發(fā)出中斷信號。PC機響應中斷，讀取DSP內指定位置內存處的測頻數據。為簡(jiǎn)化PCI接口電路設計，選用帶有PCI接口電路的DSP芯片TMS320C6416。



2 TMS320C6416的PCI接口介紹

實(shí)時(shí)測頻卡通過(guò)TMS320C6416的PCI接口和主機進(jìn)行通信。該接口符合PCI 2.2規范，能提供33 MHz總線(xiàn)時(shí)鐘，32 b數據寬度，可達到峰值132 MB／s的數據帶寬。PCI接口包括配置寄存器、I／O寄存器和存儲器映射寄存器。圖2給出了部分PCI配置寄存器。配置寄存器的主要功能如下：

(1)設備的識別、控制和狀態(tài)指示。將供應商ID域、設備ID域、版本域、配置頭類(lèi)型域、分類(lèi)代碼域這五個(gè)域用于識別設備。所有的PCI設備必須設置這些域，配置軟件可利用它們來(lái)確定系統中可用的PCI總線(xiàn)設備。對于TMS320C6416芯片而言，供應商ID為104CH；設備ID為A106H；其他三個(gè)域隨不同的應用會(huì )有所改變。命令寄存器為發(fā)出和響應PCI總線(xiàn)命令提供粗略的控制。狀態(tài)寄存器用于記錄PCI總線(xiàn)有關(guān)操作的狀態(tài)信息。

(2)中斷引腳寄存器的功能。01H～04H值對應于PCI中斷請求引腳INTA#～INTD#。

(3)基地址寄存器的功能。其功能是為PCI設備指定存儲空間。PCI存儲空間分為獨立尋址的Memory空間和I／O空間兩類(lèi)。Memory空間適用于設備功能寄存器較多或數據流量較大的場(chǎng)合，I／O空間適用于設備功能寄存器較少或數據流量較小的場(chǎng)合。PCI接口擁有3個(gè)基地址寄存器BAR用于保存指向PCI存儲空間的指針。圖2為部分PCI配置寄存器。



①Base 0基地址寄存器(BAR0)。確定一個(gè)4 MB可預取的PC機內存地址空間。將DSP存儲空間中不同的4 MB空間都映射到PC機內存相同的4 MB空間中。由DSP頁(yè)寄存器(DSPP)設置該區域在。DSP存儲空間中的映射位置；用BAR0訪(fǎng)問(wèn)DSP內部的RAM和外掛的通過(guò)EMIFA和EMIFB訪(fǎng)問(wèn)的存儲器空間。訪(fǎng)問(wèn)時(shí)每次最多只能讀取DSP存儲空間的4 MB內容，并且需要定義DSPP寄存器，以指定訪(fǎng)問(wèn)空間的起始地址。訪(fǎng)問(wèn)支持數據突發(fā)傳輸模式。這種映射方式只適用于DSP處于從模式。

②Base 1基地址寄存器(BAR1)：確定一個(gè)8 MB不可預取的訪(fǎng)問(wèn)區間。對DSP芯片而言，其訪(fǎng)問(wèn)地址固定在0180000H～0200000H的范圍內。用BARl來(lái)訪(fǎng)問(wèn)DSP內部所有的操作命令控制寄存器。

③Base 2基地址寄存器(BAR2)：定義一個(gè)16 B的PC機I／O空間，用于訪(fǎng)問(wèn)PCI的I／O寄存器。BAR2加偏移00H，訪(fǎng)問(wèn)主機狀態(tài)寄存器HSR；BAR2加偏移04H，訪(fǎng)問(wèn)主機對DSP控制寄存器HDCR；BAR2加偏移08H，訪(fǎng)問(wèn)DSP頁(yè)寄存器DSPP。

3 WDM概述

WDM(Windows Driver Model)是一種遵循即插即用協(xié)議的內核模式驅動(dòng)程序，它是微軟的全新驅動(dòng)程序模式，旨在通過(guò)提供一種靈活的方式來(lái)簡(jiǎn)化驅動(dòng)程序的開(kāi)發(fā)，在實(shí)現對新硬件支持的基礎上，減少并降低必須開(kāi)發(fā)的驅動(dòng)程序數量和復雜性。在WDM中，采用圖3所示的分層驅動(dòng)程序體系結構。



在WDM模型中，每個(gè)硬件設備至少有兩個(gè)驅動(dòng)程序：總線(xiàn)驅動(dòng)程序和功能驅動(dòng)程序?？偩€(xiàn)驅動(dòng)程序由操作系統實(shí)現，它在最底層直接與設備打交道，負責管理硬件與計算機的連接；負責發(fā)現總線(xiàn)上所有的設備，并檢測設備何時(shí)添加到總線(xiàn)上或何時(shí)從總線(xiàn)上刪除。設備功能驅動(dòng)程序在上層通過(guò)與低層驅動(dòng)程序打交道，進(jìn)行硬件操作，以實(shí)現PCI設備的功能。中間還可以有類(lèi)過(guò)濾驅動(dòng)程序或設備過(guò)濾驅動(dòng)程序用于修改和監視IRP(I／O請求包)，實(shí)現數據的過(guò)濾或轉換。一般在特殊的情況下才需要編寫(xiě)。在實(shí)際開(kāi)發(fā)中，只需要開(kāi)發(fā)一個(gè)設備功能驅動(dòng)程序即可。

WDM還引入了功能設備對象(Functional DeviceObject，FDO)與物理設備對象(Physical Device Object，PDO)來(lái)描述硬件。一個(gè)PDO對應一個(gè)真實(shí)的硬件，一個(gè)硬件只允許有一個(gè)PDO，卻可以有多個(gè)FDO。在驅動(dòng)程序中直接操作的不是硬件而是相應的PDO與FDO。當應用程序與WDM驅動(dòng)程序進(jìn)行通信時(shí)，系統為每一個(gè)用戶(hù)請求打包，形成一個(gè)I／O請求包(IRP)結構，將其發(fā)送到驅動(dòng)程序，并通過(guò)識別IRP中的PDO來(lái)區別是發(fā)送給哪一個(gè)設備。IRP從驅動(dòng)程序堆棧棧頂進(jìn)入，每層驅動(dòng)再把I／O請求劃分成更簡(jiǎn)單的請求，以傳給更下層的驅動(dòng)執行，最底層的驅動(dòng)程序在收到IRP后，通過(guò)硬件抽象層HAL與硬件發(fā)生作用，從而完成I／O請求工作。內核通常通過(guò)發(fā)送IRP來(lái)運行驅動(dòng)程序中的代碼。