基于PCI Express總線的雷達(dá)數(shù)據(jù)記錄器驅(qū)動程序開發(fā)
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在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，大量的數(shù)據(jù)必須通過總線傳到計算機內(nèi)存中，傳統(tǒng)的PCI總線越來越不能滿足人們對帶寬增長的需要。為解決這一矛盾，PC行業(yè)協(xié)會和外設(shè)廠商一起發(fā)布了PCI Express總線[1]規(guī)范，并且于2004年在標(biāo)準(zhǔn)臺式機上得到應(yīng)用。該技術(shù)可以有效地提高設(shè)備至計算機內(nèi)存的數(shù)據(jù)傳輸速率。相對于PCI總線，它最大的特點是實現(xiàn)點到點的數(shù)據(jù)傳輸[2]，每個設(shè)備有自己專用的雙向數(shù)據(jù)通道，數(shù)據(jù)以包的形式串行傳輸，每個通道具有單方向250MB/S的數(shù)據(jù)傳輸速度。多個通道可以組合在一起形成x1(單通道)、x2、x4、x8、x12、x16和x32的信道以提高帶寬。
在合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)中，大量的回波數(shù)據(jù)需要實時記錄下來以便進行事后成像處理。而PCI Express總線高帶寬的優(yōu)點可以很好的滿足高速雷達(dá)數(shù)據(jù)記錄的需要，而要充分發(fā)揮PCI Express總線的作用，驅(qū)動程序設(shè)計是關(guān)鍵。本文介紹了在Windows XP系統(tǒng)下，雷達(dá)數(shù)據(jù)記錄器中PCI Express總線接口芯片PEX8311的驅(qū)動程序開發(fā)。
2 雷達(dá)數(shù)據(jù)記錄器介紹
雷達(dá)數(shù)據(jù)記錄器由一臺服務(wù)器計算機、PCI Express接口卡、SCSI卡和SCSI硬盤四部分組成，其中PCI Express接口卡的軟硬件自行設(shè)計，其它部分采用標(biāo)準(zhǔn)的外購件。雷達(dá)數(shù)據(jù)
通過PCI Express接口卡傳入計算機內(nèi)存，計算機再將數(shù)據(jù)通過SCSI卡寫在SCSI硬盤上。
PCI Express接口卡采用美國PLX公司推出的PEX8311作為本地總線和PCI Express總線的接口。PEX8311[3]是一款x1的PCI Express接口芯片，本地端總線頻率最高可達(dá)66MHZ，數(shù)據(jù)位寬32bit。PEX8311含有4KB的配置空間，其中前256字節(jié)是和PCI設(shè)備功能上是兼容的，其余是PCI Express擴展配置空間。本文采用PEX8311的引腳LINTi#接收外部中斷信號，使用DMA通道0進行塊DMA方式讀數(shù)據(jù)。
接口卡的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，利用差分轉(zhuǎn)換芯片先將外部差分信號轉(zhuǎn)換成單端信號，兩塊FIFO的“乒乓”傳輸以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的連續(xù)傳輸，單個FIFO容量為512KB。在CPLD的控制下，兩塊FIFO的數(shù)據(jù)輪流通過PEX8311的DMA通道0傳入計算機。
圖1 PCI Express接口卡框圖
具體工作過程：當(dāng)其中一個FIFO被寫滿數(shù)據(jù)后，在CPLD控制下，外部數(shù)據(jù)繼續(xù)寫入另一個FIFO，同時，CPLD使PEX8311的LINTi#輸入為低電平，這會產(chǎn)生一個LINT#中斷，驅(qū)動程序響應(yīng)中斷并啟動DMA傳輸讀取FIFO中的數(shù)據(jù)到DMA緩存中。讀完后，驅(qū)動程序通知應(yīng)用程序?qū)MA緩存的數(shù)據(jù)寫到SCSI盤上。
3 WDM驅(qū)動程序概述
WDM是一種分層驅(qū)動程序模型[4]，如圖2所示。系統(tǒng)啟動時，總線驅(qū)動程序枚舉總線上的設(shè)備，并為每個設(shè)備創(chuàng)建一個物理設(shè)備對象（PDO）；然后PnP管理器根據(jù)注冊表中的信息查找與這個PDO相關(guān)的過濾驅(qū)動程序和功能驅(qū)動程序，建立的過濾設(shè)備對象（FIDO）
圖2 WDM分層驅(qū)動模型
和功能設(shè)備對象（FDO），最終，系統(tǒng)完成設(shè)備驅(qū)動的裝入過程。設(shè)備擴展對象是與設(shè)備對象關(guān)聯(lián)的另一種重要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它是一塊未分頁的內(nèi)存，I/O管理器自動把它分配給已建立的任何設(shè)備擴展對象，可以用它來保存與設(shè)備關(guān)聯(lián)的任何信息，驅(qū)動程序需要時，只要在設(shè)備擴展對象中取出這些資源使用即可。
IRP全名為IO Request Packet，即I/O請求包，是系統(tǒng)創(chuàng)建的一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。當(dāng)應(yīng)用程序?qū)υO(shè)備操作時，I/O管理器根據(jù)具體的請求建立相應(yīng)的IRP，IRP先被I/O管理器發(fā)送到最上層的驅(qū)動程序處理，然后依次傳遞給下層的驅(qū)動程序處理。每層驅(qū)動程序可以不作任何事情而直接將IRP向下傳遞，也可以直接將該IRP設(shè)置為完成狀態(tài)。
4 PEX8311驅(qū)動程序設(shè)計
微軟提供的驅(qū)動程序開發(fā)軟件包DDK（Device Driver Kits）提供了用于驅(qū)動程序開發(fā)的資源文件、編譯連接程序、開發(fā)技術(shù)文檔等。第三方開發(fā)工具有NuMega公司DriverStudio和Jungo公司的WinDriver，它們對DDK進行了封裝，方便用戶進行驅(qū)動開發(fā)。但效率方面不如DDK?？紤]到雷達(dá)數(shù)據(jù)記錄的數(shù)據(jù)率較高，所以本文采用DDK開發(fā)PEX8311的驅(qū)動程序?？偩€驅(qū)動程序由系統(tǒng)提供，過濾驅(qū)動程序是可選的。所以本文只設(shè)計了PEX8311的功能驅(qū)動程序（以下簡稱驅(qū)動程序），它主要由驅(qū)動程序初始化、數(shù)據(jù)傳輸初始化、數(shù)據(jù)傳輸模塊三部分組成。其基本思想是：應(yīng)用程序與驅(qū)動程序共享DMA緩存，當(dāng)驅(qū)動程序接收到一個LINT#中斷時，啟動DMA讀取FIFO中的數(shù)據(jù)存在DMA緩存中，每次讀完后，驅(qū)動程序通過事件通知應(yīng)用程序取出DMA緩存中的數(shù)據(jù)存在SCSI硬盤上。
4.1 驅(qū)動程序初始化
DriverEntry是驅(qū)動程序的入口函數(shù)，負(fù)責(zé)初始化驅(qū)動程序?qū)ο?。系統(tǒng)啟動時，如果檢測到PEX8311的存在，I/O管理器會建立一個未初始化的驅(qū)動程序?qū)ο蟛⑺鳛橐粋€參數(shù)傳給DriverEntry。DriverEntry把驅(qū)動程序其它例程的函數(shù)指針裝入到驅(qū)動程序?qū)ο罄锩?。?dāng)一個IRP被發(fā)送到設(shè)備時，I/O管理器使用該IRP關(guān)聯(lián)的驅(qū)動程序?qū)ο笳业秸_的驅(qū)動程序例程處理。初始化的主要函數(shù)指針有：AddDevice、DriverUnload、DispatchCreate、DispatchClose、DispatchIoControl、DispatchCleanup、DispatchPnp、DispatchPower。 合成孔徑雷達(dá)相關(guān)文章:合成孔徑雷達(dá)原理
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