PCI總線數(shù)據(jù)輸出板驅動程序的開發(fā)

PCI(Perip heral Component Interconnect )是一種先進的高性能32/64位局部總線，支持線性突發(fā)傳輸，數(shù)據(jù)最大傳輸率可達132MB/s。同時，PCI總線存取延誤小，采用總線主控和同步操作，不受處理器限制，具有自動配置功能，非常適合于高速外設。所以，它正迅速取代原先的ISA總線成為微型計算機系統(tǒng)的主流總線。
隨著工業(yè)控制pci設備的增多，需要開發(fā)大量專用WDM驅動程序。鑒于直接用ddk開發(fā)驅動程序難度大，周期長，本文介紹了用DriverStudio套件開發(fā)WDM驅動程序的方法以及基于9052總線控制器的D/A數(shù)據(jù)輸出板卡的硬件結構。

圖1 D/A數(shù)據(jù)輸出板卡硬件結構

D/A數(shù)據(jù)輸出板卡硬件結構如圖1所示。硬件電路由PCI總線控制器9052，數(shù)據(jù)鎖存器LS373，D/A轉換芯片，EEPROM組成。板卡上電時，讀取EEPROM內容初始化9052配置空間，據(jù)此為板卡分配合適的內存空間和I/O空間，對空間進行讀寫操作。首先，上位機通過WriteFile()調用設備驅動程序，發(fā)送兩個12位數(shù)字量，驅動程序相應函數(shù)將兩個數(shù)字量分別寫入兩路鎖存器，送入D/A轉換芯片，最后輸出模擬量。

9052空間配置

PCI9052芯片的配置寄存器分為PCI配置寄存器和局部配置寄存器，二者都可以由PCI總線和串行EEPROM訪問。在PCI配置寄存器中的設備ID、制造商ID、版本號、首區(qū)類代碼、類別代碼、指令寄存器和狀態(tài)寄存器等寄存器在所有的PCI設備中都必須實現(xiàn)，具體設置可參考相關資料。PCI配置寄存器提供有6個基地址寄存器(BASE0～BASE5)這些基地址都是系統(tǒng)中的物理地址，其中BASE0和BASE1是用來訪問局部配置寄存器的基地址，BASE0是映射到內存的基地址，BASE1是映射到I／O的基地址，可用于通過內存和I／O來訪問局部配置寄存器。這兩個基地址可固定用于PCI9052芯片的寄存器操作。通過BASE2～BASE5四個空間最多可以訪問局部端所接的4個芯片，實現(xiàn)4個局部地址空間(局部空間0～3)的PCI總線訪問。

本設計選取LAS0(Local Address Space 0)來訪問局部端的鎖存器，該尋址空間大小為4Kb，與其有關的寄存器有四個：LAS0范圍寄存器、LAS0局部基址寄存器、LAS0局部總線區(qū)域描述符和片選0基址寄存器。LAS0范圍寄存器規(guī)定了地址空間的大小。

由于需要4Kb的地址空間，所以LAS0范圍寄存器的值為0XFFFFF000；基地址必須是地址空間的整數(shù)倍，末尾為局部空間使能為，所以局部基址寄存器設為0X00000001；LAS0局部總線區(qū)域描述符設為0X00000102；片選0基址寄存器設為0X00000081。

驅動程序框架的建立

1 開發(fā)環(huán)境的選擇

驅動程序開發(fā)選用NuMega公司的DriverStudio，它包含VtoolsD、SoftICE和DriverWorks等開發(fā)工具，DriverWorks用于開發(fā)KMD和WDM驅動程序，它適用于Windows 98/Me/NT/2000/XP操作系統(tǒng)。DriverWorks，需要相應DDK的支持，把DDK用類的形式進行封裝，使用起來非常方便。

開發(fā)環(huán)境的建立

首先要安裝軟件。必須按照下面的順序安裝：
安裝Microsoft Visual Studio C++ 6.0。在安裝過程中，必須選中“注冊環(huán)境變量”選項。
安裝操作系統(tǒng)對應的DDK（２０００系統(tǒng)安裝２０００ＤＤＫ，ＸＰ系統(tǒng)安裝ＸＰＤＤＫ）。
安裝DriveStudio3.1(若為XP系統(tǒng)，必須安裝3.2以上的版本)。
接下來，編譯庫文件。用VC打開庫文件Program FilesCompuware DriverStudioDriverWorkssource Vdw Libs.dsw，選擇Build|Batch Build（編譯|批構件），從中選擇需要編譯的配置（32位機選“select all i386”）。若編譯無錯誤，就可以進行驅動程序的開發(fā)了。

3 生成驅動程序框架

從開始菜單啟動Driver Wizards，選擇DriverWorks Project，開始創(chuàng)建一個驅動程序框架。
● 填寫驅動程序名稱，單擊next;
● 選擇驅動程序類型，這里選擇WDM Driver驅動程序，單擊next;
● 選擇WDM Function Driver，單擊next;
● 選擇總線類型，這里選擇pci總線。填寫pci Vendor ID和pci Device ID，一般可以從硬件的使用說明書中看到，沒有的話可以用pciview軟件得到。后兩項pci Subsystem ID和pci Revision ID可以不填。單擊next;
● 選擇設備類的名稱和文件類名稱，默認即可，單擊next;
● 選擇需要的功能函數(shù)，本設計需要I/O讀寫，必須添加I/O通信函數(shù)。添加讀函數(shù)PCI_DA_IOCTL_Read()和寫函數(shù)PCI_DA_IOCTL_Write()，單擊next;
● 選擇隊列方式，數(shù)據(jù)量大時選擇排隊，點擊Next；
● 添加資源。資源分為i/o資源和內存資源。添加資源時必須對應硬件相應得基地址寄存器。選擇Direct存取方式，單擊next;
● 為i/o通信方式添加控制代碼，若不需要i/o通信，可不添加，單擊next；單擊Finish，完成驅動程序框架，并自動啟動vc。

4 添加代碼完成應用程序和驅動程序的通信

在DriverWorks中，應用程序使用CDeviceInterfaceClass的實例去獲得一個或更多的DeviceInterface實例。CDeviceInterface類抽象了一個單一設備接口，它的成員函數(shù)DevicePath( )返回一個路徑名指針，它被發(fā)送到CreateFile去打開設備，即獲取設備句柄。

打開設備以后，應用程序通過函數(shù)ReadFile()，WriteFile()和DeviceIoControl()函數(shù)調用訪問設備。其中，DeviceIoControl()函數(shù)可以用不同的IOCTL命令實現(xiàn)不同的功能。要完成應用程序和驅動程序的通信，還必須添加硬件板卡訪問命令。在驅動程序中，主要用inb()，outb()函數(shù)進行硬件訪問，具體參數(shù)可參照vc的msdn。

在本系統(tǒng)中，主要用DeviceIoControl()來調用驅動程序。相應的通信函數(shù)和添加的讀寫代碼如下：

NTSTATUS PCI_DADevice::PCI_DA_IOCTL_Read_Handler(KIrp I)
{
NTSTATUS status= STATUS_SUCCESS;
//得到IOCTL緩沖區(qū)指針
PUCHAR pOutBuffer=(PUCHAR) I.IoctlBuffer() ;
//輸出緩沖區(qū)大小
ULONG ioOutSize=I.IoctlOutputBufferSize();
//讀取偏移地址為n-1的數(shù)據(jù)，放入輸出緩沖區(qū)，傳遞給應用程序
pOutBuffer[0]= m_MemoryRange1.inb(ioOutSize-1);
//讀取一個字節(jié)數(shù)據(jù)
I.Information()=1;
return status;
}
NTSTATUS PCI_DADevice::PCI_DA_IOCTL_Write_Handler(KIrp I)
{
NTSTATUS status=STATUS_SUCCESS;
//得到IOCTL緩沖區(qū)指針
PUCHAR pInBuffer=(PUCHAR) I.IoctlBuffer ();
//輸入緩沖區(qū)大小
ULONG ioInSize=I.IoctlInputBufferSize();
//將數(shù)據(jù)寫入偏移地址為n-1的存儲單元
m_MemoryRange1.outb

(ioInSize-1，pInBuffer[0]);
//寫入大小為一個字節(jié)
I.Information()=1;
return status;
}

編譯驅動程序，生成一個.inf文件和一個.sys文件，這就是需要安裝的驅動程序文件。編譯無錯誤，就可以安裝調試驅動程序了。

5 安裝調試驅動程序

插入自己設計的PCI板卡，重新啟動計算機，出現(xiàn)安裝新硬件向導。安裝已經(jīng)生成的.inf文件和.sys文件。安裝后，查看pci設備的資源，若與自己硬件設置的資源空間相同，則設備驅動安裝成功。
用Windows自帶的命令提示符，打開驅動程序框架自帶的test應用程序，測試通過驅動程序讀寫數(shù)據(jù)。若讀取的和寫入的數(shù)據(jù)一致，則驅動程序開發(fā)成功。

結束語

本文以一種基于PCI總線的D/A數(shù)據(jù)輸出板卡為例，介紹了在Windows 2000/XP下用DriverStudio開發(fā)PCI總線WDM驅動程序的基本方法，詳細敘述了應用程序和驅動程序之間的通信機制和硬件訪問方法；針對板卡的硬件結構和功能用途，介紹了PCI9052總線控制器PCI配置寄存器和局部配置寄存器地址配置的具體方法；給出了利用安裝新硬件向導安裝驅動程序的方法，實現(xiàn)了上位機和數(shù)據(jù)輸出板卡的通信。