基于PCI串并口驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)探究

摘 要： 如今自動(dòng)化、智能化的生產(chǎn)方式已成為人類(lèi)對(duì)于生產(chǎn)制造技術(shù)的新追求，然而為了實(shí)現(xiàn)制造業(yè)的自動(dòng)化與智能化發(fā)展，與其相對(duì)應(yīng)的計(jì)算機(jī)自動(dòng)編程與控制技術(shù)已成為當(dāng)下研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn)。文章從Windows和Linux系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)程序開(kāi)發(fā)入手，系統(tǒng)介紹了PCI控制策略及其串并口的具體情況，在此基礎(chǔ)上對(duì)于驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)工作的具體流程和手段進(jìn)行了描述與分析，同時(shí)對(duì)于遇到的難點(diǎn)問(wèn)題進(jìn)行闡述并有針對(duì)性地提出解決措施。

關(guān)鍵詞： PCI;串并口;驅(qū)動(dòng)程序;設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)

一、 引言

Windows和Linux操作系統(tǒng)作為目前使用最為廣泛的兩種計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)，根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景及功能的區(qū)分，可將其對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序分為以下三類(lèi)：一是根據(jù)總線(xiàn)控制策略而產(chǎn)生的總線(xiàn)驅(qū)動(dòng)程序;二是根據(jù)相關(guān)設(shè)備實(shí)現(xiàn)特定功能的功能驅(qū)動(dòng)程序;三是作為過(guò)濾有效信息和有針對(duì)性選擇而使用的過(guò)濾驅(qū)動(dòng)程序。三者之間相互關(guān)聯(lián)、相輔相成。

PCI總線(xiàn)控制技術(shù)作為目前最常使用的控制策略之一，在結(jié)構(gòu)上為樹(shù)形結(jié)構(gòu)，并且與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間的CPU總線(xiàn)之間相互獨(dú)立，同時(shí)也可和CPU總線(xiàn)之間進(jìn)行并線(xiàn)操作，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)備的高效快捷運(yùn)行。此外在其對(duì)應(yīng)的控制設(shè)備上，PCI總線(xiàn)上只允許有一個(gè)PCI總設(shè)備，其與均為PCI從設(shè)備，且PCI驅(qū)動(dòng)程序的讀寫(xiě)操作只可以在主設(shè)備與從設(shè)備之間進(jìn)行，從設(shè)備所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)均需通過(guò)主設(shè)備進(jìn)行中轉(zhuǎn)交換而進(jìn)行交流。文章從PCI驅(qū)動(dòng)程序的開(kāi)發(fā)入手，分別介紹了PCI驅(qū)動(dòng)程序的基本概念，并對(duì)基于兩種系統(tǒng)開(kāi)發(fā)對(duì)應(yīng)程序的具體流程以及常見(jiàn)問(wèn)題進(jìn)行討論和分析。

二、PCI驅(qū)動(dòng)程序的基本概念

PCI驅(qū)動(dòng)程序主要用于相關(guān)設(shè)備的自動(dòng)化和智能化的控制，其在本質(zhì)上為一組控制硬件設(shè)備的函數(shù)，主要作用是為面向用戶(hù)的應(yīng)用程序和硬件設(shè)備之間提供了一種必要的連接接口和方式，是計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)核心態(tài)模塊加載的重要組成部分。而實(shí)現(xiàn)主動(dòng)加載和控制的重要技術(shù)稱(chēng)為PCI總線(xiàn)控制技術(shù)。

（一）PCI控制總線(xiàn)的基本概念

PCI控制總線(xiàn)又稱(chēng)為PCI局部控制總線(xiàn)，是一種高性能的32/64位控制總線(xiàn)，其可分為多路地址線(xiàn)和數(shù)據(jù)線(xiàn)，是相關(guān)外圍設(shè)備、處理器以及存儲(chǔ)設(shè)備之間的互聯(lián)機(jī)構(gòu)，支持的主要控制頻率為33MHz、66MHz和133MHz;在33MHz主頻和32位數(shù)據(jù)通道的共同作用下，其最高的數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)到132MB/s，在最大限度上可以滿(mǎn)足現(xiàn)代生產(chǎn)生活中日益增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)傳輸要求。

在構(gòu)成結(jié)構(gòu)方面，PCI控制總線(xiàn)與其他總線(xiàn)的設(shè)計(jì)之間存在較大的差異，其中PCI總線(xiàn)并沒(méi)有和處理器進(jìn)行直接的關(guān)聯(lián)互動(dòng)，而是通過(guò)橋路把PCI總線(xiàn)和設(shè)備處理器中的局部總線(xiàn)進(jìn)行連接;PCI路橋在控制程序作用時(shí)主要控制并驅(qū)動(dòng)PCI總線(xiàn)，從而使得PCI控制總線(xiàn)和設(shè)備處理器能夠異步運(yùn)行，使得設(shè)備在自動(dòng)控制方面更加的簡(jiǎn)單和便捷。因此可知PCI控制總線(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)在于：其具有高性能、強(qiáng)兼容性、低運(yùn)行成本和高的收益效果的特點(diǎn)，滿(mǎn)足了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)I/O系統(tǒng)發(fā)展具體要求，從而成為世界上應(yīng)用最為廣泛的總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)之一。

（二）PCI控制總線(xiàn)的特點(diǎn)

PCI控制總線(xiàn)作為一種具有高性能、高標(biāo)準(zhǔn)的控制總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)，具體特點(diǎn)可分為以下幾點(diǎn)：①其控制運(yùn)行的性能極為優(yōu)良，在較小運(yùn)行成本的前提下實(shí)現(xiàn)高速、高質(zhì)量的運(yùn)行效率和運(yùn)行速度;②由于其直接針對(duì)的部件之間能夠?qū)崿F(xiàn)互聯(lián)優(yōu)化，并且在電氣驅(qū)動(dòng)能力和使用頻率方面完全滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)的ASIC技術(shù)和其他典型工藝，從而極大程度上節(jié)省了邏輯電路的物理空間，進(jìn)而降低了使用的成本;③使用便捷，由于PCI總線(xiàn)上的附加板和相關(guān)部件可以實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化的配置，PCI設(shè)備內(nèi)部包含有對(duì)應(yīng)的配置地址寄存器，從而有效解決了早期ISA總線(xiàn)中極易出現(xiàn)的硬件資源沖突的問(wèn)題;④具有較為廣泛的適用范圍;⑤使用較為靈活，因?yàn)镻CI控制總線(xiàn)固有的特點(diǎn)，可同時(shí)設(shè)置多個(gè)具有完全自主能力的主設(shè)備，允許PCI主設(shè)備點(diǎn)訪(fǎng)問(wèn)PCI主設(shè)備和從設(shè)備的權(quán)限，進(jìn)而使得其使用范圍變得更加廣泛;⑥具有良好的兼容能力，PCI總線(xiàn)可與多個(gè)PCI主設(shè)備中的驅(qū)動(dòng)程序和應(yīng)用軟件進(jìn)行兼容，并可實(shí)現(xiàn)在不同平臺(tái)上的互相移植。

三、 PCI串并口驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)

（一）PCI串并口驅(qū)動(dòng)程序開(kāi)發(fā)流程

PCI設(shè)備的程序位于整個(gè)PCI控制總線(xiàn)驅(qū)動(dòng)的最上層，在不同的操作系統(tǒng)下進(jìn)行相關(guān)控制驅(qū)動(dòng)程序的開(kāi)發(fā)，在操作流程上具有一定的差異，但對(duì)于具體的操作流程和步驟上均需完成以下幾部分：

1. 在設(shè)備開(kāi)發(fā)的初始階段均需要設(shè)定一些初始的數(shù)據(jù)及識(shí)別策略，因此設(shè)備在PCI驅(qū)動(dòng)程序開(kāi)發(fā)的初始階段均需對(duì)PCI主設(shè)備和從設(shè)備的端口、內(nèi)存以及DMA等相關(guān)資源的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、統(tǒng)計(jì)和分析;

2. PCI設(shè)備在工作過(guò)程中均會(huì)將自己的寄存器地址范圍映射至操作系統(tǒng)之中，在進(jìn)行相關(guān)驅(qū)動(dòng)程序的開(kāi)發(fā)之前，需根據(jù)PCI設(shè)備中寄存器地址的位長(zhǎng)對(duì)相關(guān)的驅(qū)動(dòng)程序構(gòu)造相應(yīng)的讀、寫(xiě)函數(shù)供端口進(jìn)行相應(yīng)的操作和使用;

3. 備在內(nèi)存中的讀寫(xiě)操作是利用PCI設(shè)備的物理內(nèi)存進(jìn)行完成的，而對(duì)應(yīng)的應(yīng)用程序的讀、寫(xiě)操作利用的是總線(xiàn)系統(tǒng)中的虛擬地址，因此驅(qū)動(dòng)程序在完成相關(guān)的機(jī)制操作時(shí)需完成設(shè)備的物理地址和程序的虛擬地址之間的轉(zhuǎn)換工作;

4. 在PCI控制總線(xiàn)及其設(shè)備中均共享同一個(gè)中斷處理信號(hào)，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)出中斷信號(hào)后，設(shè)備與系統(tǒng)之間需對(duì)該信號(hào)的作用對(duì)象進(jìn)行區(qū)分，因此在完成PCI驅(qū)動(dòng)程序的開(kāi)發(fā)時(shí)，需對(duì)該段程序加以處理，以便方便該系統(tǒng)完成信號(hào)的自動(dòng)識(shí)別與處理。

（二）不同系統(tǒng)的PCI驅(qū)動(dòng)程序開(kāi)發(fā)的區(qū)別

進(jìn)行PCI驅(qū)動(dòng)程序的開(kāi)發(fā)，主要區(qū)別在于Windows系統(tǒng)主要在不同的驅(qū)動(dòng)層之間進(jìn)行通訊連接，而Linux系統(tǒng)主要依靠自身帶有的IRP模塊和帶有自定義參數(shù)的控制函數(shù)在不同模塊之間進(jìn)行聯(lián)系。兩者之間具體的區(qū)別可歸納為以下四點(diǎn)：①在驅(qū)動(dòng)例程上的不同，主要由其驅(qū)動(dòng)裝置及各部分訪(fǎng)問(wèn)方式的差異而造成;②是PCI主從設(shè)備命名的不同;③是由于操作系統(tǒng)的不同，硬件、軟件上的差異造成用戶(hù)與內(nèi)核空間數(shù)據(jù)傳輸方式上的差異;④是驅(qū)動(dòng)程序安裝與管理方面的不同，這是由于不同操作系統(tǒng)本身固有的屬性而決定的。

四、 結(jié)論與分析

PCI控制總線(xiàn)作為一種高標(biāo)準(zhǔn)、高性能的總線(xiàn)控制標(biāo)準(zhǔn)，順應(yīng)了當(dāng)前自動(dòng)化、智能化的主要趨勢(shì)，解決了以前ISA和EISA控制總線(xiàn)中存在的一些問(wèn)題和缺陷，具有性能優(yōu)良、運(yùn)行成本較低、使用便捷靈活以及良好的兼容性能等優(yōu)點(diǎn);并在Windows操作系統(tǒng)和Linux操作系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)程序開(kāi)發(fā)方面具有一定的相同點(diǎn)，相關(guān)驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)較為便捷，具有良好的應(yīng)用前景和推廣價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄭秀玉，李曉明，李暢等.基于PCI總線(xiàn)的數(shù)據(jù)采集卡驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電氣應(yīng)用，2007（1）：93-97.

[2]江洋.基于PCI總線(xiàn)的驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)[D].成都：電子科技大學(xué)，2013.

作者簡(jiǎn)介：? 劉帥，南京沁恒微電子股份有限公司。