基于PCI總線(xiàn)的數字衛星解調卡驅動(dòng)程序開(kāi)發(fā)

引言
PCI總線(xiàn)(即外圍部件互連總線(xiàn))是Intel公司提出的計算機接口總線(xiàn)。它的時(shí)鐘頻率為33MHz，有32位數據總線(xiàn)，可支持突發(fā)傳輸模式，數據傳輸峰值速率高達132 MB／s。

此外，PCI總線(xiàn)還可擴展為64位數據總線(xiàn)，擴展后的數據傳輸峰值速率高達264 MB／s，并支持即插即用功能而且獨立于處理器。由于PCI總線(xiàn)具有諸多優(yōu)點(diǎn)，它已經(jīng)成為PC機的標準總線(xiàn)。因此，PCI接口設備的驅動(dòng)程序開(kāi)發(fā)就顯得尤為重要。

數字衛星解調卡主要用于接收衛星發(fā)來(lái)的調制信號的數字解調。設計中的橋接芯片可采用PLX公司的PCI9054。本文主要介紹數字衛星解調卡的WDM驅動(dòng)程序開(kāi)發(fā)方法。

1 PCI9054接口芯片

PCI9054是PLX公司推出的PCI接口芯片。它支持本地總線(xiàn)2.2版規范，工作頻率為0～33 MHz，可提供C、M、J三種本地工作模式，本地端到PCI總線(xiàn)的猝發(fā)傳輸速率高達132 MB／s。該芯片具有可編程的Serial EEPROM接口，可用于配置PCI9054的部分內部配置寄存器。其配置正確與否直接決定著(zhù)設備能否正常工作。其中的DeviceID和Vendor ID分別對應設備號和銷(xiāo)售商號，計算機主要靠這兩個(gè)號碼識別硬件。該器件內部有6種可編程的FIFO，可以進(jìn)行數據的發(fā)送與接收，而其兩種內部配置寄存器PCI Configuration Register和Local Configuration Register，可在本地端支持主模式、從模式租DMA傳輸方式。PCI9054的內部結構如圖1所示。

PCI9054支持兩個(gè)獨立的DMA通道，以用于完成本地端到PCI總線(xiàn)或者PCI總線(xiàn)到本地端的數據傳輸。每一個(gè)DMA通道包含一個(gè)DMA控制器和一個(gè)雙向FIFO，兩種通道都分別支持Block傳輸模式和Scatter／Gather傳輸模式。DMA通道0還支持Demand DMA數據傳輸模式。

Block DMA要求PCI主機或Local主機能提供PCI和Local的起始地址、傳輸字節數和傳輸方向。主機首先設定DMA開(kāi)始位并啟動(dòng)數據傳輸，一旦傳輸完成，PCI9054設定將DMACSR0[4]=1或者DMACSR1 [4]=1(分別對應通道0和通道1)來(lái)結束DMA。如果中斷Enable位DMAMODE0[10]或者DMAMODE1[10]使能，那么，在傳輸結束時(shí)，PCI9054將向主機申請中斷。在DMA傳輸中，PCI9054既是PCI總線(xiàn)的主控設備，又是Local總線(xiàn)的主控設備。另外，通過(guò)編程DMA傳輸模式還可以完成以下設置或功能：

(1)將本地總線(xiàn)寬度設為8位、16位或32位；

(2)設置本地總線(xiàn)為允許／禁止內部等待狀態(tài)，若允許，則可等待0～15個(gè)本地等待狀態(tài)；

(3)設置本地總線(xiàn)為突發(fā)傳輸4個(gè)雙字長(cháng)度；

(4)使本地地址采用固定模式或線(xiàn)性增長(cháng)模式；

(5)完成PCI內存寫(xiě)和無(wú)效操作(commandcode=Fh)或者普通PCI內存寫(xiě)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DMA傳輸完成或終止計數器計數到0時(shí)，插入PCI中斷(INTA)或者本地中斷(LINT)；

(8)工作于DMA清除計數模式。

2 WDM驅動(dòng)程序開(kāi)發(fā)工具

PCI總線(xiàn)的傳統開(kāi)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(kāi)發(fā)驅動(dòng)程序比較復雜且開(kāi)發(fā)周期長(cháng)，它只適合發(fā)行類(lèi)產(chǎn)品的驅動(dòng)開(kāi)發(fā)。

為了簡(jiǎn)化驅動(dòng)程序的開(kāi)發(fā)，縮短開(kāi)發(fā)周期，常用的方法是使用Numage公司提供的開(kāi)發(fā)工具Driver Studio，這是一個(gè)開(kāi)發(fā)工具包(包含VtoolsD，Driver Works和SoftICE等開(kāi)發(fā)工具)。其中的Driver Works是Compuware公司開(kāi)發(fā)的工具，它提供了一系列類(lèi)。這些類(lèi)包含了許多更為底層的操作并且為一般驅動(dòng)操作提供了服務(wù)函數，從而為開(kāi)發(fā)人員提供了一個(gè)訪(fǎng)問(wèn)系統核心的標準界面。由于其驅動(dòng)程序開(kāi)發(fā)采用面向對象的框架結構，因而開(kāi)發(fā)過(guò)程比較簡(jiǎn)單易行。

3 DMA模式WDM驅動(dòng)程序開(kāi)發(fā)

本文介紹的數字衛星解調卡的硬件框圖如圖2所示。圖中，當FPGA中的數據放進(jìn)FIFO后，要經(jīng)過(guò)PCI9054橋接芯片傳輸到PC機內存中，但由于應用程序不能直接操作硬件，所以在應用程序和硬件之間必須安裝硬件驅動(dòng)程序來(lái)完成應用程序對硬件的訪(fǎng)問(wèn)?？梢?jiàn)，驅動(dòng)程序對于整個(gè)設計至關(guān)重要，它關(guān)系到數據能否準確無(wú)誤的送到指定的目的地。

驅動(dòng)程序完成的主要功能如下：

(1)接收應用傳送的符號率，配置符號率；

(2)接收應用程序傳送的控制字，配置AD9851用作外部FIFO數據傳輸的時(shí)鐘；

(3)設置數據傳輸為DMA方式，直到接收到應用程序發(fā)來(lái)的停止數據采集命令為止。驅動(dòng)要保證數據傳輸順利進(jìn)行。

本設計使用Driver Works來(lái)開(kāi)發(fā)WDM驅動(dòng)程序。

3.1 基于Driver Works的WDM驅動(dòng)程序框架

這里所要生成的是PCI設備的驅動(dòng)程序。采用DMA方式傳輸時(shí)，生成WDM驅動(dòng)程序框架的主要步驟如下：

(1)從VC++中啟動(dòng)Driver Works，設置驅動(dòng)程序名稱(chēng)及存放的路徑，設計時(shí)可取驅動(dòng)名稱(chēng)為BPSKDRIVER；

(2)選擇工程類(lèi)型為WDM DRIVER；

(3)選擇驅動(dòng)類(lèi)型為WDM Function Driver；

(4)選擇硬件總線(xiàn)類(lèi)型為PCI，在這里要注意，PCI Vendor ID和PCI Device ID應根據硬件信息填寫(xiě)；

(5)添加存儲器空間和I／O空間所需的類(lèi)對象，添加DMA資源，使用設備接口打開(kāi)設備；

(6)用控制代碼完成應用程序和驅動(dòng)的交互，即在應用程序中使用Device IO Control來(lái)完成應用程序向驅動(dòng)傳輸數據。

3.2 DMA傳輸控制

(1)DMA傳輸類(lèi)的概念及初始化

按照上述步驟生成WDM驅動(dòng)的框架后，其大部分例程函數(如Driver Entry、Add Device、Device Control、On Start Device)等已經(jīng)由軟件自動(dòng)生成并能基本滿(mǎn)足設計要求，下面重點(diǎn)介紹DMA傳輸控制函數。

設計中，對DMA寄存器的訪(fǎng)問(wèn)可采用I／O方式，并可利用Driver Works提供的KIoRange類(lèi)產(chǎn)生該類(lèi)的一個(gè)實(shí)例，然后在設備啟動(dòng)例程中初始化該實(shí)例，即可實(shí)現對硬件的兩個(gè)I／O地址空間的映射，其中一個(gè)I／O地址空間用于訪(fǎng)問(wèn)橋接芯片PCI9054的寄存器，另一個(gè)I／O地址空間用于訪(fǎng)問(wèn)本地端的設備，其初始化方法如下：

其中，pResListTranslated、pResListRaw分別是IRQ中系統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(lèi)的成員函數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(xiě)入0x40100。

進(jìn)行DMA傳輸需要用到三個(gè)DMA傳輸類(lèi)，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傳輸的設備資源。此對象對于Master設備和Slave設備都是適用的。驅動(dòng)中，此類(lèi)函數可在On Start Device中由成員函數Initialize初始化。