基于PCI總線模塊的多通道串行數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計

3 系統(tǒng)軟件開發(fā)

3.1 驅(qū)動程序

PCI設(shè)備的硬件資源由Windows操作系統(tǒng)根據(jù)PC機(jī)中所有設(shè)備對資源的占有來統(tǒng)一分配。為了保證系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定性，在Windows2000及其后的微軟操作系統(tǒng)中，運行在ring3層的用戶應(yīng)用程序無法直接訪問硬件，而必須通過運行于ring0層的設(shè)備驅(qū)動程序來訪問。設(shè)備驅(qū)動不僅要實現(xiàn)對硬件的操作，還要為用戶應(yīng)用程序提供專用的API函數(shù)庫，以方便用戶實現(xiàn)對硬件的操作訪問。

Windows XP操作系統(tǒng)下的驅(qū)動程序一般是基于WDM(Windows Driver Model)模型開發(fā)的。該模型中的上層應(yīng)用程序通過調(diào)用Win32 API函數(shù)發(fā)出對設(shè)備的訪問請求，I/O管理器則根據(jù)這個請求構(gòu)造合適的IRP(I/O Request Packet，I/O請求包)，并將其傳給設(shè)備驅(qū)動程序，接著由驅(qū)動程序直接訪問硬件完成IRP處理，最后由I/O管理器把數(shù)據(jù)和結(jié)構(gòu)返回給應(yīng)用程序。

WDM驅(qū)動比較常用的有以下三種方法：

第一種是直接使用Windows DDK(Device

Driver Kit，驅(qū)動程序開發(fā)包)開發(fā)的驅(qū)動程序面向Windows內(nèi)核，該方法工作穩(wěn)定，效率更高。但必須精通Windows內(nèi)部體系結(jié)構(gòu)及設(shè)備驅(qū)動程序的體系結(jié)構(gòu)等，因此開發(fā)難度較大。

第二種是使用DriverStudio。此工具軟件已經(jīng)做了很多基礎(chǔ)性工作，也進(jìn)行了一些封裝。

第三種是使用WinDriver，使用該方法時，開發(fā)者只需要在用戶模式下編寫程序來調(diào)用它提供的通用驅(qū)動即可。其中Drvier Wizard可以進(jìn)行硬件診斷和自動代碼生成。另外還可以將對速度要求較高的模塊插入內(nèi)核運行來獲取更好的性能。本系統(tǒng)即采用WinDriver開發(fā)方法。

3.2 WinDriver中的重要函數(shù)

利用WinDriver開發(fā)驅(qū)動程序通常有兩種方法：第一種是利用Driver Wizard生成的代碼進(jìn)行修改;第二種是直接利用WinDriver提供的API函數(shù)來編寫自己的程序。本系統(tǒng)即采用這種方法，開發(fā)時首先要注意包含所有相關(guān)的頭文件。其基本驅(qū)動程序的結(jié)構(gòu)及API函數(shù)如下：

3.3 中斷實現(xiàn)

PCI總線的通信方式有查詢和中斷兩種方式。查詢方式實現(xiàn)簡單，但是難以適應(yīng)實時性要求較高的場合，而且上位機(jī)軟件資源占用率過大;中斷方式則可克服以上缺點，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時傳輸。本系統(tǒng)將數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后存入RAM，存滿一幀數(shù)據(jù)，硬件便發(fā)出中斷請求信號，上位機(jī)響應(yīng)中斷請求后，即可讀取一幀數(shù)據(jù)。

要實現(xiàn)中斷機(jī)制，就要建立一個獨立的中斷響應(yīng)線程，并在主函數(shù)中完成中斷的使能、屏蔽及中斷線程的啟動。另外，使用WinDriver處理電平中斷時，還必須建立傳輸命令(INTCSR)來應(yīng)答中斷。

其中斷處理過程分為四步：

第一步，調(diào)用WDC_IntEnable()，此函數(shù)的功能是分配并初始化WC_INTERRUPT結(jié)構(gòu)體，自動創(chuàng)建中斷處理線程，同時在其中包含WD_Int-Wait()函數(shù)，作用是使線程休眠直至有中斷發(fā)生。另外，還可以調(diào)用底層API函數(shù)InterruptEnable()或WD_Enable()，但此時需要由用戶自己創(chuàng)建中斷線程;

第二步是中斷線程無限循環(huán)以等待中斷發(fā)生。中斷發(fā)生時，WinDriver在內(nèi)核中執(zhí)行傳輸命令，當(dāng)操作返回到用戶模式時，驅(qū)動的用戶模式中斷處理例程將被調(diào)用;之后，中斷處理例程返回，但中斷等待循環(huán)繼續(xù);最后在不再使用中斷時，調(diào)用’WDC_IntDisable()、底層API函數(shù)Inter-mptDisable()或WD_IntDisable()來關(guān)閉中斷。

3.4 驅(qū)動的分發(fā)及安裝

驅(qū)動的分發(fā)是指在目標(biāo)機(jī)上不用安裝WinDriver開發(fā)包即可應(yīng)用其開發(fā)的設(shè)備驅(qū)動。需要準(zhǔn)備的分發(fā)包應(yīng)包括windrvr6.sys、windrvr-6.inf、wd921.cat、waapi921.dll、difxapi.dll、自己的INF(Information File)等文件，而且即使是自己開發(fā)內(nèi)核驅(qū)動。也應(yīng)包含在內(nèi)。

Windows操作系統(tǒng)依靠INF文件來得到即插即用設(shè)備的驅(qū)動程序信息。WinDriver會自動檢測PC機(jī)上的即插即用設(shè)備。并為相應(yīng)硬件生成I-NF文件，而且只需稍作修改即可。INF文件可引導(dǎo)系統(tǒng)找到硬件所需要的驅(qū)動程序，由WinDriver生成的INF文件中列出了默認(rèn)的拷貝文件win-drvr6.sys。設(shè)備驅(qū)動可通過工作于內(nèi)核模式的windrvr6.sys訪問硬件。之后在目標(biāo)機(jī)上裝入驅(qū)動分發(fā)包及INF文件，即可通過應(yīng)用程序控制PCI設(shè)備。

4 結(jié)束語

該數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的PCI接口邏輯和數(shù)據(jù)傳輸、處理、緩存等用戶邏輯可集成于一片F(xiàn)PGA中。因而可極大的提高資源利用率，并可滿足大量數(shù)據(jù)高速傳輸?shù)囊蟆Ｉ衔粰C(jī)應(yīng)用程序采用中斷方式讀取數(shù)據(jù)可大大提高系統(tǒng)的性能。目前，經(jīng)多次試驗，該系統(tǒng)已完全可以滿足工程需要。