基于PCI總線的數(shù)字衛(wèi)星解調(diào)卡驅(qū)動程序開發(fā)

引言
PCI總線(即外圍部件互連總線)是Intel公司提出的計算機接口總線。它的時鐘頻率為33MHz，有32位數(shù)據(jù)總線，可支持突發(fā)傳輸模式，數(shù)據(jù)傳輸峰值速率高達132 MB／s。

此外，PCI總線還可擴展為64位數(shù)據(jù)總線，擴展后的數(shù)據(jù)傳輸峰值速率高達264 MB／s，并支持即插即用功能而且獨立于處理器。由于PCI總線具有諸多優(yōu)點，它已經(jīng)成為PC機的標(biāo)準(zhǔn)總線。因此，PCI接口設(shè)備的驅(qū)動程序開發(fā)就顯得尤為重要。

數(shù)字衛(wèi)星解調(diào)卡主要用于接收衛(wèi)星發(fā)來的調(diào)制信號的數(shù)字解調(diào)。設(shè)計中的橋接芯片可采用PLX公司的PCI9054。本文主要介紹數(shù)字衛(wèi)星解調(diào)卡的WDM驅(qū)動程序開發(fā)方法。

1 PCI9054接口芯片

PCI9054是PLX公司推出的PCI接口芯片。它支持本地總線2.2版規(guī)范，工作頻率為0～33 MHz，可提供C、M、J三種本地工作模式，本地端到PCI總線的猝發(fā)傳輸速率高達132 MB／s。該芯片具有可編程的Serial EEPROM接口，可用于配置PCI9054的部分內(nèi)部配置寄存器。其配置正確與否直接決定著設(shè)備能否正常工作。其中的DeviceID和Vendor ID分別對應(yīng)設(shè)備號和銷售商號，計算機主要靠這兩個號碼識別硬件。該器件內(nèi)部有6種可編程的FIFO，可以進行數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收，而其兩種內(nèi)部配置寄存器PCI Configuration Register和Local Configuration Register，可在本地端支持主模式、從模式租DMA傳輸方式。PCI9054的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。

PCI9054支持兩個獨立的DMA通道，以用于完成本地端到PCI總線或者PCI總線到本地端的數(shù)據(jù)傳輸。每一個DMA通道包含一個DMA控制器和一個雙向FIFO，兩種通道都分別支持Block傳輸模式和Scatter／Gather傳輸模式。DMA通道0還支持Demand DMA數(shù)據(jù)傳輸模式。

Block DMA要求PCI主機或Local主機能提供PCI和Local的起始地址、傳輸字節(jié)數(shù)和傳輸方向。主機首先設(shè)定DMA開始位并啟動數(shù)據(jù)傳輸，一旦傳輸完成，PCI9054設(shè)定將DMACSR0[4]=1或者DMACSR1 [4]=1(分別對應(yīng)通道0和通道1)來結(jié)束DMA。如果中斷Enable位DMAMODE0[10]或者DMAMODE1[10]使能，那么，在傳輸結(jié)束時，PCI9054將向主機申請中斷。在DMA傳輸中，PCI9054既是PCI總線的主控設(shè)備，又是Local總線的主控設(shè)備。另外，通過編程DMA傳輸模式還可以完成以下設(shè)置或功能：

(1)將本地總線寬度設(shè)為8位、16位或32位；

(2)設(shè)置本地總線為允許／禁止內(nèi)部等待狀態(tài)，若允許，則可等待0～15個本地等待狀態(tài)；

(3)設(shè)置本地總線為突發(fā)傳輸4個雙字長度；

(4)使本地地址采用固定模式或線性增長模式；

(5)完成PCI內(nèi)存寫和無效操作(commandcode=Fh)或者普通PCI內(nèi)存寫操作(commandcode=7h)；

(6)使用／禁用BLAST#以暫停本地傳輸；

(7)在Scatter／Gather DMA傳輸模式中，當(dāng)DMA傳輸完成或終止計數(shù)器計數(shù)到0時，插入PCI中斷(INTA)或者本地中斷(LINT)；

(8)工作于DMA清除計數(shù)模式。

2 WDM驅(qū)動程序開發(fā)工具

PCI總線的傳統(tǒng)開發(fā)工具是微軟公司提供的DDK(Device Driver Kit)，包括Windows98 DDK，Windows2000 DDK和Windows XP DDK。但是，使用其開發(fā)驅(qū)動程序比較復(fù)雜且開發(fā)周期長，它只適合發(fā)行類產(chǎn)品的驅(qū)動開發(fā)。

為了簡化驅(qū)動程序的開發(fā)，縮短開發(fā)周期，常用的方法是使用Numage公司提供的開發(fā)工具Driver Studio，這是一個開發(fā)工具包(包含VtoolsD，Driver Works和SoftICE等開發(fā)工具)。其中的Driver Works是Compuware公司開發(fā)的工具，它提供了一系列類。這些類包含了許多更為底層的操作并且為一般驅(qū)動操作提供了服務(wù)函數(shù)，從而為開發(fā)人員提供了一個訪問系統(tǒng)核心的標(biāo)準(zhǔn)界面。由于其驅(qū)動程序開發(fā)采用面向?qū)ο蟮目蚣芙Y(jié)構(gòu)，因而開發(fā)過程比較簡單易行。

3 DMA模式WDM驅(qū)動程序開發(fā)

本文介紹的數(shù)字衛(wèi)星解調(diào)卡的硬件框圖如圖2所示。圖中，當(dāng)FPGA中的數(shù)據(jù)放進FIFO后，要經(jīng)過PCI9054橋接芯片傳輸?shù)絇C機內(nèi)存中，但由于應(yīng)用程序不能直接操作硬件，所以在應(yīng)用程序和硬件之間必須安裝硬件驅(qū)動程序來完成應(yīng)用程序?qū)τ布脑L問?？梢?，驅(qū)動程序?qū)τ谡麄€設(shè)計至關(guān)重要，它關(guān)系到數(shù)據(jù)能否準(zhǔn)確無誤的送到指定的目的地。

驅(qū)動程序完成的主要功能如下：

(1)接收應(yīng)用傳送的符號率，配置符號率；

(2)接收應(yīng)用程序傳送的控制字，配置AD9851用作外部FIFO數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r鐘；

(3)設(shè)置數(shù)據(jù)傳輸為DMA方式，直到接收到應(yīng)用程序發(fā)來的停止數(shù)據(jù)采集命令為止。驅(qū)動要保證數(shù)據(jù)傳輸順利進行。

本設(shè)計使用Driver Works來開發(fā)WDM驅(qū)動程序。

3.1 基于Driver Works的WDM驅(qū)動程序框架

這里所要生成的是PCI設(shè)備的驅(qū)動程序。采用DMA方式傳輸時，生成WDM驅(qū)動程序框架的主要步驟如下：

(1)從VC++中啟動Driver Works，設(shè)置驅(qū)動程序名稱及存放的路徑，設(shè)計時可取驅(qū)動名稱為BPSKDRIVER；

(2)選擇工程類型為WDM DRIVER；

(3)選擇驅(qū)動類型為WDM Function Driver；

(4)選擇硬件總線類型為PCI，在這里要注意，PCI Vendor ID和PCI Device ID應(yīng)根據(jù)硬件信息填寫；

(5)添加存儲器空間和I／O空間所需的類對象，添加DMA資源，使用設(shè)備接口打開設(shè)備；

(6)用控制代碼完成應(yīng)用程序和驅(qū)動的交互，即在應(yīng)用程序中使用Device IO Control來完成應(yīng)用程序向驅(qū)動傳輸數(shù)據(jù)。

3.2 DMA傳輸控制

(1)DMA傳輸類的概念及初始化

按照上述步驟生成WDM驅(qū)動的框架后，其大部分例程函數(shù)(如Driver Entry、Add Device、Device Control、On Start Device)等已經(jīng)由軟件自動生成并能基本滿足設(shè)計要求，下面重點介紹DMA傳輸控制函數(shù)。

設(shè)計中，對DMA寄存器的訪問可采用I／O方式，并可利用Driver Works提供的KIoRange類產(chǎn)生該類的一個實例，然后在設(shè)備啟動例程中初始化該實例，即可實現(xiàn)對硬件的兩個I／O地址空間的映射，其中一個I／O地址空間用于訪問橋接芯片PCI9054的寄存器，另一個I／O地址空間用于訪問本地端的設(shè)備，其初始化方法如下：

其中，pResListTranslated、pResListRaw分別是IRQ中系統(tǒng)分配的翻譯資源列表和原始資源列表。初始化完成后，就可以使用類的成員函數(shù)in，out對端口進行操作。例如：m_IoPortRange0.outd(0x30,0x40100)，就可向IO端口0的偏移量為0x30的地址中寫入0x40100。

進行DMA傳輸需要用到三個DMA傳輸類，分別為KdmaAdapter、KCommonDmaBuffer和KdmaTransfer。

KdmaAdapter是DMA適配器對象，可用于表示需要進行DMA傳輸?shù)脑O(shè)備資源。此對象對于Master設(shè)備和Slave設(shè)備都是適用的。驅(qū)動中，此類函數(shù)可在On Start Device中由成員函數(shù)Initialize初始化。