PCI驅動(dòng)程序開(kāi)發(fā)實(shí)例全解析

引 言

PCI總線(xiàn)廣泛使用在計算機中，一方面是因為該總線(xiàn)的數據吞吐量大，另一方面是因為該總線(xiàn)與具體的處理器無(wú)關(guān)。PCI硬件設備資源的分配不是硬件設計所決定的，而是由Windows操作系統根據PC機中所有硬件設備對資源的占有統一分配的。這就要求設計設備驅動(dòng)程序以跨越操作系統的邊界，對物理硬件進(jìn)行操作。

1 DSP芯片中集成的PCI接口特點(diǎn)

1.1 PCI接口的內部結構

DM642片內集成一個(gè)主/從模式的PCI接口，它相當于專(zhuān)用的PCI接口芯片，這樣可以不必深究PCI總線(xiàn)規范，將工作重點(diǎn)放在系統功能的實(shí)現上。DSP可以通過(guò)這個(gè)接口實(shí)現與PCI主機的互連。

從圖1可以看出，PCI接口的內部結構包括7個(gè)部分：

(1)PCI總線(xiàn)接口模塊(PCI Bus Interface Unit，PBIN)：該模塊對主/從模式下的總線(xiàn)交易都不會(huì )插入等待周期，可以實(shí)現最大的總線(xiàn)傳輸帶寬。

(2)E2PROM控制器模塊：控制器與外部的4線(xiàn)串行E2PROM相連。PCI接口復位時(shí)，控制器讀取E2PROM中的數據，配置PCI接口。DSP可以通過(guò)映射寄存器訪(fǎng)問(wèn)E2PROM。

(3)DSP從模式寫(xiě)模塊：包括一個(gè)多路復用器和一個(gè)PBIN到DSP的FIFO。它完成的功能是：外部PCI設備通過(guò)PCI接口寫(xiě)數據到DSP從設備。外部主設備往DSP的Base0空間執行寫(xiě)操作時(shí)，PCI地址與DSPP寄存器中的固定偏移值結合，形成DSP目的地址，在傳輸過(guò)程中目的地址自動(dòng)遞增。

(4)DSP從模式讀模塊：包括一個(gè)多路復用器和一個(gè)DSP到PBIN的FIFO。它完成的功能是：外部PCI設備通過(guò)PCI接口能夠從DSP從設備讀取數據。在外部主設備從DSP的Base0空間執行讀操作時(shí)，PCI地址與DSPP寄存器中的固定偏移值結合，形成DSP源地址，在傳輸過(guò)程中此地址自動(dòng)遞增。

(5)DSP主模式模塊：包括讀/寫(xiě)兩個(gè)子模塊，DSP是該模塊的主控方。DSP主模式讀這個(gè)子模塊，完成DSP主設備通過(guò)PCI接口從外部PCI從設備中讀取數據。DSP主模式寫(xiě)這個(gè)子模塊完成DSP主設備通過(guò)PCI接口寫(xiě)數據到外部PCI從設備。

(6)PCI I/O接口模塊：它包括PCI的I/O寄存器，HSR，HDCR，DSPP。只能由PCI主機通過(guò)基址1寄存器或基址2寄存器的空間映射進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)。

(7)DSP寄存器接口模塊：包含DSP的映射寄存器，用于控制主模式接口，產(chǎn)生PCI中斷以及電源管理。

其他幾個(gè)模塊都與PCI總線(xiàn)接口模塊相連，而PCI總線(xiàn)接口模塊對外通過(guò)PCI總線(xiàn)與外部設備相連，這樣。DSP就可以通過(guò)主/從模式的讀或寫(xiě)來(lái)完成與外部-設備之間的數據傳輸。

1.2 PCI接口中的寄存器

PCI接口中包括3類(lèi)寄存器：

(1)PCI配置寄存器：只能被外部PCI主機(Host)訪(fǎng)問(wèn)。

這些寄存器提供了PCI接口的配置信息，只能由外部主機訪(fǎng)問(wèn)，可以從外部E2PROM自動(dòng)加載，或者直接設置為默認值。

(2)PCI I/O寄存器：只能被外部PCI主機(Host)訪(fǎng)問(wèn)。

PCI I/O寄存器只能由PCI主機通過(guò)基址l寄存器(Basel Address Register)或基址2寄存器(Base2Address Register)的空間映射進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)。

(3)映射在DSP外設空間的PCI寄存器，用于DSP控制PCI接口可以由外部PCI主機訪(fǎng)問(wèn)，也可以由DSP訪(fǎng)問(wèn)。

2 驅動(dòng)程序設計

設備驅動(dòng)程序提供連接到計算機硬件的軟件接口。它是操作系統的信任部分，由I/O管理器(I/O Manag-er)管理和調動(dòng)。

用戶(hù)應用程序以一種規范的方式訪(fǎng)問(wèn)硬件，而不必考慮如何控制硬件。驅動(dòng)程序總是使設備看起來(lái)像一個(gè)文件，可以打開(kāi)設備的一個(gè)句柄，然后應用程序可以在設備句柄最后關(guān)閉之前向驅動(dòng)程序發(fā)出讀寫(xiě)請求。

I/O管理器每收到一個(gè)來(lái)自用戶(hù)應用程序的請求就創(chuàng )建一個(gè)I/O請求包(IRP)的數據結構，并將其作為參數傳遞給驅動(dòng)程序。

2.1 設備驅動(dòng)程序的組成部分

可以把一個(gè)完整的驅動(dòng)程序看作是一個(gè)容器，它包含許多例程。當操作系統遇到一個(gè)I/O請求包(I/ORequest Packet，IRP)時(shí)，它就調用這個(gè)容器中的例程來(lái)執行該IRP的各種操作。驅動(dòng)程序包含以下幾個(gè)基本例程：

(1)DriverEntry例程：它是驅動(dòng)程序的初始化入口點(diǎn)，必須叫作DriverEntry。它負責驅動(dòng)程序的初始化，用來(lái)初始化驅動(dòng)程序范圍內的數據結構和資源。它主要有以下三個(gè)功能：設置Adddevice，Unload和其他例程的入口指針;可以從注冊表中獲取一些需要的信息以初始化驅動(dòng)程序;初始化其他的在驅動(dòng)程序范圍內的數據結構和資源。所有的驅動(dòng)程序都必須包含它。當裝載驅動(dòng)程序時(shí)，PnP管理器為每個(gè)驅動(dòng)程序調用一次 DriverEntry例程。

(2)AddDevice例程：在驅動(dòng)程序初始化以后，PnP管理器調用驅動(dòng)程序的Add Device例程來(lái)初始化由該驅動(dòng)程序所控制的設備。在A(yíng)dd Device例程中，驅動(dòng)程序創(chuàng )建一個(gè)設備對象作為目標設備，并將設備對象附著(zhù)到設備堆棧中。

(3)PnP例程：PCI設備都是即插即用設備，PCI設備的驅動(dòng)程序必須具備PnP例程。PnP管理器使用PnP例程來(lái)管理驅動(dòng)程序啟動(dòng)、停止和刪除設備。

(4)分發(fā)例程(Dispatch)：用于管理驅動(dòng)程序與應用程序之間的通信，從而實(shí)現應用程序控制PCI設備的目的。

嚴格地說(shuō)，驅動(dòng)程序中只有“初始化”模塊Drivet-Entry例程是一定不能少的。在實(shí)際工作中，所有驅動(dòng)程序都有分發(fā)例程處理用戶(hù)I/O請求。

2.2 IRP處理

I/O請求包(IRP)是驅動(dòng)程序操作的中心，是一個(gè)預先定義的數據結構，帶有一組對它進(jìn)行操作的I/O管理器例程。一個(gè)IRP有固定的首部和可變數目的 IRP棧單元。IRP的固定部分含有IRP的固定屬性，每個(gè)棧單元含有大多數有關(guān)的IRP參數。當IRP由多個(gè)驅動(dòng)程序處理時(shí)，使用多個(gè)IRP棧單元。每個(gè)驅動(dòng)程序從當前IRP棧單元得到它的IRP參數。如果把IRP沿當前設備的驅動(dòng)程序棧向下傳遞，必須在當前驅動(dòng)程序中使用正確的參數設置下一個(gè)棧單元，然后在此驅動(dòng)程序中利用函數IoCalldriver()調用更低層的驅動(dòng)程序。驅動(dòng)程序不必處理所有的IRP，但至少需要處理“創(chuàng )建”和“關(guān)閉”這兩個(gè) IRP。I/O管理器接收I/O請求，然后在把它傳遞到合適的驅動(dòng)程序棧中的最高驅動(dòng)程序之前，分配并初始化IRP。驅動(dòng)程序處理IRP的過(guò)程如圖2所示。