PCI9052接口芯片的配置及驅(qū)動程序開發(fā)

2.1 驅(qū)動程序在操作系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)中的位置

操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可分為五層模型：

(1)用戶應(yīng)用程序；

(2)IO管理層；

(3)驅(qū)動程序；

(4)HAL(硬件抽象層)；

(5)硬件。

圖2給出了Windows2000操作系統(tǒng)驅(qū)動程序開發(fā)者所關(guān)心的特征，一般情況下，軟件要么在用戶模式中執(zhí)行，要么在內(nèi)核模式下執(zhí)行。從驅(qū)動開發(fā)的角度上看，WDM模型為存在于Win-dows2000系統(tǒng)中的驅(qū)動程序提供了一個參考框架。作為Windows2000系統(tǒng)結(jié)構(gòu)開發(fā)人員，由于操作系統(tǒng)為應(yīng)用程序，而在驅(qū)動程序和硬件之間提供有系統(tǒng)服務(wù)接口和平臺相關(guān)操作，因此，設(shè)計時只需要關(guān)注應(yīng)用程序和設(shè)備驅(qū)動程序的開發(fā)。

2.2 設(shè)備資源

PCI設(shè)備的硬件資源分配與管理是驅(qū)動程序很重要的部分，設(shè)備的硬件資源包括內(nèi)存空間、I／O空間和中斷。由于PCI總線為PnP總線，PCI設(shè)備的硬件資源是由PCI配置機(jī)構(gòu)動態(tài)分配給PCI配置寄存器的，因此，驅(qū)動程序首先需要取得這些資源才能操作硬件。當(dāng)PnP管理器檢測到PCI設(shè)備時，系統(tǒng)就會發(fā)送IRP_MN_START_DEVICE的IRP給驅(qū)動程序，驅(qū)動程序調(diào)用ONStartDevice以啟動例程處理，并在啟動例程里獲取該IRP棧，同時把它包含的系統(tǒng)分配給該設(shè)備的資源信息。

用DriverStudio開發(fā)驅(qū)動程序時，應(yīng)在Wizard中設(shè)置好PCI設(shè)備的資源。對于實際的PCI9052設(shè)備卡，其基地址寄存器0和1分別固定用于PCI9052局部寄存器的內(nèi)存映射地址和I／O映射地址，基地址寄存器2則用于設(shè)備卡的內(nèi)存映射地址，并使用局部中斷引腳來產(chǎn)生PCI中斷，以分別生成對應(yīng)的KIoRange類、KMemoryRange類和KInterrupt類。這些配置信息由配置管理器發(fā)送到OnStartDevice中重載該成員函數(shù)，而開發(fā)者則不必再處理。在一般情況下，驅(qū)動程序無需再訪問PCI設(shè)備的配置空間，如果需要訪問，則可通過類KPciConfiguration，該類包含了通過向PCI總線發(fā)送瀆寫配置空間的IRP操作。也可定義類KRe-sourceAssignment來獲取PCI的端口地址和中斷號以及內(nèi)存地址和大小，并把得到的資源放在用戶自己定義的變量中。

2.3 WDM驅(qū)動程序?qū)τ布Y源的訪問

獲取設(shè)備的硬件資源以后，就可以對硬件資源進(jìn)行訪問了。對硬件的訪問一般包括I／O端口訪問和內(nèi)存訪問，它們分別對應(yīng)PCI配置空間的I／O空間和內(nèi)存空間。從圖2可以看出，當(dāng)應(yīng)用程序需要訪問設(shè)備時，它就會調(diào)用Win32API函數(shù)(如ReadFile)。Win32子系統(tǒng)模塊通過調(diào)用平臺相關(guān)的系統(tǒng)服務(wù)接口實現(xiàn)該API，而平臺相關(guān)的系統(tǒng)服務(wù)則調(diào)用內(nèi)核模式來支持例程。即在調(diào)用ReadFile函數(shù)時，首先到達(dá)系統(tǒng)的人口點，然后調(diào)用系統(tǒng)服務(wù)接口，最后由系統(tǒng)調(diào)用內(nèi)核模式的服務(wù)例程。執(zhí)行時首先檢查傳遞給它們的參數(shù)，然后創(chuàng)建一個“I／O請求包(IRP)”的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并把這個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)送到某個驅(qū)動程序的入口點執(zhí)行IRP設(shè)備驅(qū)動程序，最后再訪問硬件。對于PIO方式的設(shè)備，一個IRP_MJ_READ操作將直接讀取設(shè)備的端口或設(shè)備的內(nèi)存寄存器。一般會使用硬件抽象層(HAL)來訪問硬件。IRP貫穿于驅(qū)動程序之間，它在應(yīng)用程序、驅(qū)動程序和設(shè)備之間起著橋梁作用，可稱之為內(nèi)核態(tài)的“消息”。驅(qū)動程序完成一個I／O操作后，可通過調(diào)用一個特殊內(nèi)核模式服務(wù)例程來完成該IRP，完成操作時再處理IRP的最后工作，以它使等待的應(yīng)用程序恢復(fù)運行。

用DriverStudio開發(fā)驅(qū)動程序時，可根據(jù)配置聲明KIoRange類、KMemoryRange類和KInterrupt類來實現(xiàn)對內(nèi)存空間、I／O空間、中斷的操作。在本例中，基地址寄存器0和1固定用于PCI9052芯片的操作寄存器內(nèi)存映射地址和I／O映射地址，基地址寄存器2則用于雙口RAM的內(nèi)存映射。通過一個外部引腳即可產(chǎn)生中斷。標(biāo)識兩個KMem-oryRange類實例、一個KIoRange類實例和一個KInterrupt類實例的具體實現(xiàn)細(xì)節(jié)如下：

(1) I／O端口的訪問

I／O端口的訪問流程如圖3所示，應(yīng)用程序通過API函數(shù)DeviceIoControl的調(diào)用，并調(diào)用驅(qū)動程序的分發(fā)例程DeviceControl，同時通過KIoRange類來實現(xiàn)對I／O映射空間的訪問。需要注意的是，當(dāng)DeviceloControl異步調(diào)用的時候，必須在驅(qū)動程序中添加取消例程，并在DeviceControl例程中阻止一個應(yīng)用程序?qū)ζ涞亩啻握{(diào)用。KIoRange類的成員函數(shù)outb、inb、outw、inw、ind、outd可分別用于從端口讀或?qū)懸粋€字節(jié)、字和雙字?jǐn)?shù)據(jù)。在WDM中，對于I／O端口，系統(tǒng)可將其看成寄存器，一般用于數(shù)字傳輸量比較小的地方。在對PCI設(shè)備的訪問中，I／O端口的訪問通常比較頻繁。