ＰＣＭ高速遙測發(fā)送卡的ＷＤＭ驅(qū)動程序設(shè)計

摘 要：PCM高速遙測數(shù)據(jù)發(fā)送卡是一款基于PCI接口芯片9054的PCM信號源，工作碼速率可達10 Mb／s。以在Windows 2000操作系統(tǒng)下設(shè)計PCM高速遙測數(shù)據(jù)發(fā)送卡的WDM驅(qū)動程序為例，介紹WDM驅(qū)動程序的基本特點和遙測數(shù)據(jù)發(fā)送卡的基本結(jié)構(gòu)，詳細(xì)討論利用Driver Studio開發(fā)WDM驅(qū)動程序設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)，如設(shè)備初始化、軟件FIFO、中斷處理和DMA操作等。

關(guān)鍵詞：PCI；WDM；I/O請求包(IRP)；軟件FIFO

中圖分類號：TP311.52

文獻標(biāo)識碼：B

文章編號：1004—373X(2008)04—063—03

開發(fā)驅(qū)動程序的軟件主要有：MicroSoft公司的DDK，Jungo公司的Windriver和Compuware NuMega公司的Driver Studio三種。DDK是最基本的驅(qū)動程序開發(fā)工具，比較復(fù)雜，適于專業(yè)的驅(qū)動程序開發(fā)人員，不適于硬件開發(fā)人員開發(fā)驅(qū)動程序。Windriver開發(fā)驅(qū)動程序不需要熟悉操作系統(tǒng)內(nèi)核知識，針對硬件PCI／ISA／PCM—CIA／USB開發(fā)驅(qū)動程序比較方便，但驅(qū)動程序的效率不高、缺乏靈活性。Driver Studio把DDK用類的形式進行封裝，簡化設(shè)備驅(qū)動程序的開發(fā)，方便又不失靈活性。所以這里選擇Driver Studio作為驅(qū)動程序的開發(fā)工具。

在結(jié)合PCM高速遙測數(shù)據(jù)發(fā)送卡的基礎(chǔ)上，本文介紹WDM驅(qū)動程序的結(jié)構(gòu)特點和PCM高速遙測數(shù)據(jù)發(fā)送卡的硬件結(jié)構(gòu)，并闡述針對數(shù)據(jù)發(fā)送卡的特點，詳細(xì)地討論驅(qū)動程序關(guān)鍵部分的設(shè)計。

1 PCM遙測數(shù)據(jù)發(fā)送卡的硬件結(jié)構(gòu)

圖1為遙測數(shù)據(jù)發(fā)送卡的原理框圖。碼型變換器的功能是根據(jù)原始PCM數(shù)據(jù)產(chǎn)生3種輸出碼型：NRZ—L，NRZ—M及NRZ—S之一，以適應(yīng)更加廣泛的測試目的。多電平驅(qū)動器將來自FPGA的LV TTL電平的PCM數(shù)據(jù)和時鐘信號轉(zhuǎn)換為3種電平接口輸出，分別是TTL，EIA422及MLVDS。同步FIFO作為硬件數(shù)據(jù)幀緩存存儲由PCI總線寫入的數(shù)據(jù)幀，然后由序列生成器讀出。序列生成器根據(jù)PCM時鐘速率產(chǎn)生串行移出的PCM原始數(shù)據(jù)將來自FIFO的32位并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行輸出，同時根據(jù)移位寄存器的狀態(tài)產(chǎn)生發(fā)向FIFO的讀數(shù)請求：

2 WDM驅(qū)動程序的結(jié)構(gòu)及特點

WDM(Windows Driver Model)是在原有的NT內(nèi)核模式驅(qū)動程序的基礎(chǔ)上發(fā)展來的，他增加了PnP(Plugand Play)、電源管理、WMI(Windows Management Instru—mentation)等功能。WDM模型的層次結(jié)構(gòu)如圖2所示。

層次結(jié)構(gòu)可以使I/O請求過程更加清晰。影響設(shè)備的每一個操作都使用I/O請求包(IRP)，通常IRP被送到設(shè)備堆棧的最上層，然后逐漸過濾到下層驅(qū)動程序。每處理1個IRP，I/O管理器就調(diào)用1次StartIO例程，從而著手IRP處理工作；如何處理完全取決于具體的設(shè)備，調(diào)用驅(qū)動程序中相應(yīng)的例程。驅(qū)動程序處理完IRP后，會將結(jié)果返回給I/O管理器，再由I/O管理器返回給用戶應(yīng)用程序。

3 PCM遙測數(shù)據(jù)發(fā)送卡WDM驅(qū)動程序的設(shè)計

在設(shè)備的驅(qū)動程序設(shè)計中，需要處理PCI設(shè)備的硬件讀寫、中斷處理、DMA等功能。可以把驅(qū)動程序視為一個框架和若干例程的結(jié)合體，各個例程處理不同的IRP，而框架負(fù)責(zé)在IRP到來時調(diào)用相應(yīng)的例程。利用Driver—Works的驅(qū)動程序向?qū)?Driver Wizard)新建一個PCI設(shè)備驅(qū)動程序框架，然后在這個框架基礎(chǔ)上添加必要的實現(xiàn)功能的處理代碼，就可以完成整個驅(qū)動程序的設(shè)計。下面以PCM遙測數(shù)據(jù)發(fā)送卡為例討論其主要的功能驅(qū)動程序例程的實現(xiàn)。

3.1硬件初始化例程

OnStartDevice(KIrp I)參數(shù)例程中包含2種系統(tǒng)分配的資源配置信息：原始的資源配置信息(AllocatedRe—sources)；轉(zhuǎn)換后的資源配置信息(AllocatedResourcesTranslated)。因為I/O總線和CPU在尋址物理硬件的方式不同，所以存在2種資源列表。從注冊表、PCI配置空間和其他地方獲取原始的資源值和轉(zhuǎn)換這些值的操作全部由PnP管理器完成，WDM驅(qū)動程序需要做的僅是從設(shè)備啟動IRP中獲取這些資源。

3.2 中斷服務(wù)例程

中斷服務(wù)例程運行在DIRQL級別上，需要盡可能快地運行。本設(shè)計在中斷服務(wù)例程中，首先判斷中斷是否自己設(shè)備產(chǎn)生的，如果是，則調(diào)用一個在DISPATCH_LEV—EL級別上運行的延遲過程調(diào)用(DPC)。當(dāng)中斷服務(wù)例程完成后，一旦處理器獲得DISPATH_LEVEI。運行權(quán)，就會運行DPC。中斷服務(wù)例程流程圖如3所示。

3.3 中斷延遲調(diào)用例程

在延遲調(diào)用例程中，判斷中斷原因如果是DMA中斷就啟動DMA繼續(xù)發(fā)送。如果是發(fā)送通道中斷，則判斷通道號，并把相應(yīng)軟件FIFO里面的待發(fā)送數(shù)據(jù)傳送到硬件FIFO里。在此過程中需要檢查在將軟件FIFO中的數(shù)據(jù)寫入硬件FIFO中后，如果軟件FIFO已被讀空，則應(yīng)禁止通道中斷，否則通道中斷因為優(yōu)先級高，會一直于有效狀態(tài)，導(dǎo)致系統(tǒng)死鎖。而在用戶程序?qū)戃浖﨔IFO的處理函數(shù)中，檢查通道中斷，如果被禁止，則應(yīng)將新寫入軟件FIFO的數(shù)據(jù)讀取一部分寫入硬件FIFO中，然后開啟通道中斷。

3.4應(yīng)用程序與驅(qū)動程序的通信例程

DeviceControl(KIrp I)主要用于應(yīng)用程序與驅(qū)動程序之間的通信，如向硬件讀寫數(shù)據(jù)以及軟件FIFO的操作等。DevcieControl響應(yīng)用戶應(yīng)用程序DeviceloControl()發(fā)送的IRP，根據(jù)IOCTL代碼來判斷調(diào)用子處理函數(shù)PCI_9054_IOCTL_READ_Handler(I)，PCI_9054_IOCTL_WRITE_Handler(I)．DEV_IOCTL_TXI_FIFO_WRITE_Handler(I)分別完成對硬件的讀寫和軟件FIFO的寫操作。

3.5 DMA傳輸操作

硬件FIFO半滿時產(chǎn)生通道中斷，在DPC里，判斷是通道中斷，則初始化KDmaTransfer，然后調(diào)用OnD－maReady()；在OnDmaReady()中啟動首次DMA傳輸，傳輸時發(fā)生中斷，在DPC中判斷是否DMA中斷，如果是，則調(diào)用Continue()再次啟動下次傳輸，至此全總數(shù)據(jù)傳輸完成。其流程圖如圖4所示。

4 驅(qū)動程序編譯、調(diào)試和安裝

當(dāng)驅(qū)動程序編寫完成后，必須在DDK環(huán)境下進行編譯，執(zhí)行Rebuild aIl命令，編譯完成后生成*.sys文件和*.inf文件。調(diào)試工具使用Softlce，基本過程如下：

(1)使用Symbol Loader加載驅(qū)動程序*.nms文件，然后激活Softlee，設(shè)置斷點跟蹤調(diào)試；

(2)用Genint命令產(chǎn)生虛擬中斷測試，中斷服務(wù)例程；

(3)根據(jù)需要測試其他功能。驅(qū)動程序的安裝需要對DriverWizard生成的.INF文件進行修改，安裝就是根據(jù)INF文件的信息，把編譯好的驅(qū)動程序拷貝到特定的目錄，并修改注冊表來注冊該驅(qū)動程序的參數(shù)。

5 結(jié) 語

本文編寫的驅(qū)動程序在以前的驅(qū)動程序基礎(chǔ)上，在驅(qū)動程序里增加一個相當(dāng)于二級緩存的軟件FIFO；有效地提高了數(shù)據(jù)的響應(yīng)速度，從而實現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)發(fā)送速率；解決了以前在遙測數(shù)據(jù)發(fā)送碼速率較高情況下，出現(xiàn)數(shù)據(jù)幀不連續(xù)導(dǎo)致數(shù)據(jù)接收碼同步死鎖的現(xiàn)象。本文的驅(qū)動程序已成功的應(yīng)用于所開發(fā)的PCM高速遙測數(shù)據(jù)發(fā)送卡，與同期開發(fā)的PCM遙測數(shù)據(jù)接收卡進行長時間的聯(lián)接調(diào)試。實踐證明他們可以在10 Mb／s的碼速率上可靠工作，而無死鎖或數(shù)據(jù)幀丟失現(xiàn)象。