基于PCI總線(xiàn)的雙DSP系統及WDM驅動(dòng)程序設計

摘要：介紹了PCI總線(xiàn)控制芯片PCI2040的功能及內部結構，分析了基于PCI總線(xiàn)的雙DSP通信的硬件結構及實(shí)現方法，并描述了利用Windows2000 DDK開(kāi)發(fā)WDM設備驅動(dòng)程序的方法及PCI雙DSP通信驅動(dòng)程序主要模塊的設計方法和編程注意要點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：PCI總線(xiàn)　PCI2040　DSP　DDK WDM

TI公司專(zhuān)門(mén)推出了PCI2040橋芯片是專(zhuān)門(mén)針對PCI總線(xiàn)和DSP接口用的，本文利用它和DSP來(lái)處理視頻信號，并用雙端口RAM實(shí)現DSP之間的數據傳輸。

1 硬件設計

1.1 PCI總線(xiàn)控制芯片PCI2040

PCI總線(xiàn)是一種不依附于某個(gè)具體處理器的局部總線(xiàn)，它支持32位或64位的總線(xiàn)寬度，頻率通常是33MHz，目前最快的PCI2.0總線(xiàn)工作頻率是66MHz。工作在33MHz、32位時(shí)，理論上最大數據傳輸速率能達到133MB/s。它支持猝發(fā)工作方式，提高了傳輸速度，支持即插即用，PCI部件和驅動(dòng)程序可以在各種不同的平臺上運行[1]。

實(shí)現PCI總線(xiàn)協(xié)議一般有兩種方法，一是用FPGA設計實(shí)現，但PCI協(xié)議比較復雜，因此難度較大；二是采用PCI總線(xiàn)控制芯片，如AMCC公司的S5933、PLX公司的PCI9080等通用的PCI接口芯片。TI公司專(zhuān)門(mén)推出了針對PCI總線(xiàn)和DSP接口的芯片PCI2040[2]，它不但實(shí)現了PCI總線(xiàn)控制的功能，而且提供了和DSP芯片無(wú)縫的接口，因而大大簡(jiǎn)化了系統設計的復雜度并縮短了開(kāi)發(fā)時(shí)間。

PCI2040是一個(gè)PCI-DSP橋接器件，它提供了PCI局部總線(xiàn)和TMS320C54X 8位主機接口(HPI)與TMS320C6X 16位主機接口的無(wú)縫連接。一片PCI2040最多能同時(shí)掛接4片DSP芯片。同時(shí)，它還提供了一個(gè)串行EEPROM接口，一個(gè)通用輸入輸出接口(GPIO)和一個(gè)16位通用總線(xiàn)接口(為T(mén)I JTAG測試總線(xiàn)控制器提供接口)[2]。PCI2040只能作為PCI目標設備使用，不能作為PCI主設備使用；它只支持單字的讀寫(xiě)，不能提供DMA操作。PCI2040能夠兼容3.3V和5V信號環(huán)境?系統中的3.3V和5V信號可以直接從PCI插槽中獲得。

PCI2040和TMS320C6201的接口如圖1所示。

1.2 PCI2040寄存器說(shuō)明

PCI2040橋256字節的配置頭如圖2所示，HPI CSR 基地址、控制空間基地址(Control Space Base Address)值都是系統自動(dòng)分配的。所有的PNP器件都是如此?它將控制空間映射到主機內存，映射的空間大小為32KB。4片DSP芯片的選擇是通過(guò)解碼PCI_AD14、PCI_AD13來(lái)實(shí)現的，其對應關(guān)系如表1所示。而DSP HPI寄存器的地址則是由PCI_AD12和PCI_AD11來(lái)決定的，其對應關(guān)系如表2所示。

圖1 PCI2040和TMS320C6201的接口

表1 DSP選擇

表1 HPI寄存器映射

因此，DSP與主機交換數據的過(guò)程，也就是讀寫(xiě)HPI寄存器的過(guò)程。也就是說(shuō)，通過(guò)主機訪(fǎng)問(wèn)DSP板上資源，只需要將相應地址賦予HPIA寄存器中，然后讀寫(xiě)數據就可以通過(guò)HPID寄存器。具體描述如下：

(1) 初始化PCI2040內部配置寄存器，指向特定的DSP(因為本系統有兩塊DSP和PCI2040相連)，指定數據傳輸寬度為16位。

(2) 分配HPI CSR基地址和控制空間基地址，允許PCI2040進(jìn)行內存映射或I/O端口映射。值得注意的是，PCI2040控制空間只能映射在主機的內存空間里，不能映射在I/O空間。以上兩步都由驅動(dòng)程序完成。

(3) 脫離復位狀態(tài)后，PCI2040解碼從PCI總線(xiàn)來(lái)的地址，以此來(lái)做出響應。若落入32KB的控制空間中，則根據PCI_AD12、PCI_AD11及PCI_AD14、PCI_AD13片選情況訪(fǎng)問(wèn)相應HPI寄存器。

(4)設定HPI控制寄存器中的BOB位，選擇正確的高低16位排列方式。

(5)主機開(kāi)始對HPI寄存器進(jìn)行讀寫(xiě)。

1.3 雙DSP系統硬件設計

本文所采用的雙DSP系統主要用來(lái)處理視頻信號及高速數據采集，該系統是基于TMS320C6201 DSP和PCI2040而設計的。此卡的主要功能是：(1)采集視頻信號或其他模擬信號經(jīng)A/D轉換后，交給DSP進(jìn)行相應處理，然后將處理后的數據通過(guò)PCI2040經(jīng)PCI總線(xiàn)存放在計算機硬盤(pán)上或者直接存儲到板上RAM中，然后通過(guò)PCI總線(xiàn)將視頻數據傳送到主機后顯示。(2)兩塊DSP之間的通信可以通過(guò)McBSP或雙端口RAM。

該系統的特點(diǎn)有：兩塊TMS320C6201 DSP，處理能力可達3200MIPS；每片C6201帶512K SBSRAM，256KB FLASH；16KB高速雙口RAM用于兩塊C6201之間進(jìn)行數據交換；12位ADC；32位高速FIFO。系統硬件框圖如圖3所示。

2 基于WDM的PCI驅動(dòng)程序設計

WDM是新一代的驅動(dòng)程序構架，它是一個(gè)跨平臺的驅動(dòng)程序模型，在WINDOWS 98以上的操作系統中都實(shí)現了全面兼容。不僅如此，WDM驅動(dòng)程序還可以在不修改源代碼的情況下經(jīng)過(guò)重新編譯后在非Intel平臺上運行，因而為驅動(dòng)程序開(kāi)發(fā)人員提供了極大的方便。

WDM驅動(dòng)程序是分層的，即不同層上的驅動(dòng)程序有著(zhù)不同的優(yōu)先級，而Windows 9x下的VxD則沒(méi)有此結構。另外，WDM還引入了功能設備對象FDO(Functional Device Object)與物理設備對象PDO(Physical Device Object)兩個(gè)新概念來(lái)描述硬件。PDO代表實(shí)際存在的硬件設備，它是在總線(xiàn)驅動(dòng)程序(BUS DRIVER)下枚舉并建立的，負責與真實(shí)硬件進(jìn)行I/O操作。FDO是由用戶(hù)驅動(dòng)程序建立的，一般來(lái)說(shuō)，它是用戶(hù)與真實(shí)硬件進(jìn)行I/O操作的一個(gè)窗口，是Win32賴(lài)以溝通內核的一個(gè)橋梁。對于驅動(dòng)程序開(kāi)發(fā)者，真正需要做的就是開(kāi)發(fā)FDO。至于PDO，則由BUS DRIVER建立，并在需要的時(shí)候作為參數由I/O Manager或其它系統組件傳給你的FDO。

在應用層與底層進(jìn)行通訊時(shí)，操作系統為每一個(gè)用戶(hù)請求打包成一個(gè)IRP(IO Request Packet)結構，將其發(fā)送至驅動(dòng)程序，并通過(guò)識別IRP中的PDO來(lái)識別是發(fā)送給哪一個(gè)設備的。另外，WDM不是通過(guò)驅動(dòng)程序名稱(chēng)，而是通過(guò)一個(gè)128位的全局惟一標識符(GUID)來(lái)識別驅動(dòng)程序的[3]。

WDM驅動(dòng)程序都有一個(gè)初始化入口點(diǎn)，即DriverEntry，它相當于C語(yǔ)言中的main函數。當WDM驅動(dòng)程序被裝入時(shí)，內核調用DriverEntry例程。另外WDM設備驅動(dòng)程序還需要一個(gè)即插即用模塊，即AddDevice。AddDevice例程就是PnP管理器在用戶(hù)插入新設備時(shí)調用它來(lái)創(chuàng )建WDM設備對象的。

本文主要采用Windows2000 DDK來(lái)設計該驅動(dòng)程序。調試工具為SOFTICE。驅動(dòng)程序的主要工作集中在：

（1）DriverEntry()，這是驅動(dòng)程序的入口點(diǎn)，驅動(dòng)程序被裝入時(shí)首先執行DriverEntry例程。主要工作是建立驅動(dòng)程序這所需的函數。

（2）dspPciAddDevice()，在這個(gè)例程里驅動(dòng)程序主要是創(chuàng )建設備。

（3）dspPciPnp()，在這個(gè)例程中驅動(dòng)程序主要是啟動(dòng)設備和停止設備等，并且從PnP管理器讀出為雙DSP所分配的硬件資源，包括HPI CSR基地址和HPI控制空間基地址，對PCI配置空間進(jìn)行初始化。初始化中斷等。需要注意的是，在初始化中斷之前禁止卡向主機發(fā)中斷，因此應有屏蔽中斷的操作。

(4)dspPciDeviceControl()，在這個(gè)例程中可以定制自己的函數來(lái)達到Ring3層和Ring0層相互通訊的目的。通過(guò)IOCTL_CODE可以區分不同的請求。

(5)Isr_Irq()，這個(gè)例程是用來(lái)處理中斷的。Windows 2000的中斷處理機制是假定多個(gè)設備可以共享一個(gè)硬件中斷。因此，Isr的首要工作就是找出哪一個(gè)設備發(fā)生了中斷。如果沒(méi)有，則應該立刻返回FALSE，以便HAL能把中斷送往其它設備驅動(dòng)程序。中斷服務(wù)例程Isr執行在提升的IRQL上，在DIRQL級別上運行的代碼需要盡可能快地運行。通常情況下，若判斷中斷是由自己的設備產(chǎn)生的，則調用一個(gè)在DISPATCH_LEVEL級別上運行的延遲過(guò)程調用(DpcFor_Irq)。

注意：當確定是自己卡的中斷時(shí)，要馬上屏蔽中斷位防止中斷再進(jìn)來(lái)，等到DpcFor_Irq的結尾處再開(kāi)中斷。

3 結論

通過(guò)上述的軟硬件設計，成功實(shí)現了預期的目標。高效的利用DSP高速處理能力。