PCI总线数据输出板驱动程序的开发

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       PCI(Perip heral Component Interconnect )是一种先进的高性能32/64位局部总线,支持线性突发传输,数据最大传输率可达132MB/s。

       同时,PCI总线存取延误小,采用总线主控和同步操作,不受处理器限制,具有自动配置功能,非常适合于高速外设。所以,它正迅速取代原先的ISA总线成为微型计算机系统的主流总线。

        随着工业控制pci设备的增多,需要开发大量专用WDM驱动程序。鉴于直接用ddk开发驱动程序难度大,周期长,本文介绍了用DriverStudio套件开发WDM驱动程序的方法以及基于9052总线控制器的D/A数据输出板卡的硬件结构。

 

图1 D/A数据输出板卡硬件结构

        D/A数据输出板卡硬件结构如图1所示。硬件电路由PCI总线控制器9052,数据锁存器LS373,D/A转换芯片,EEPROM组成。板卡上电时,读取EEPROM内容初始化9052配置空间,据此为板卡分配合适的内存空间和I/O空间,对空间进行读写操作。首先,上位机通过WriteFile()调用设备驱动程序,发送两个12位数字量,驱动程序相应函数将两个数字量分别写入两路锁存器,送入D/A转换芯片,最后输出模拟量。

        9052空间配置

        PCI9052芯片的配置寄存器分为PCI配置寄存器和局部配置寄存器,二者都可以由PCI总线和串行EEPROM访问。在PCI配置寄存器中的设备ID、制造商ID、版本号、首区类代码、类别代码、指令寄存器和状态寄存器等寄存器在所有的PCI设备中都必须实现,具体设置可参考相关资料。PCI配置寄存器提供有6个基地址寄存器(BASE0~BASE5)这些基地址都是系统中的物理地址,其中BASE0和BASE1是用来访问局部配置寄存器的基地址,BASE0是映射到内存的基地址,BASE1是映射到I/O的基地址,可用于通过内存和I/O来访问局部配置寄存器。这两个基地址可固定用于PCI9052芯片的寄存器操作。通过BASE2~BASE5四个空间最多可以访问局部端所接的4个芯片,实现4个局部地址空间(局部空间0~3)的PCI总线访问。

        本设计选取LAS0(Local Address Space 0)来访问局部端的锁存器,该寻址空间大小为4Kb,与其有关的寄存器有四个:LAS0范围寄存器、LAS0局部基址寄存器、LAS0局部总线区域描述符和片选0基址寄存器。LAS0范围寄存器规定了地址空间的大小。

       由于需要4Kb的地址空间,所以LAS0范围寄存器的值为0XFFFFF000;基地址必须是地址空间的整数倍,末尾为局部空间使能为,所以局部基址寄存器设为0X00000001;LAS0局部总线区域描述符设为0X00000102;片选0基址寄存器设为0X00000081。

       驱动程序框架的建立

       1 开发环境的选择

        驱动程序开发选用NuMega公司的DriverStudio,它包含VtoolsD、SoftICE和DriverWorks等开发工具,DriverWorks用于开发KMD和WDM驱动程序,它适用于Windows 98/Me/NT/2000/XP操作系统。DriverWorks,需要相应DDK的支持,把DDK用类的形式进行封装,使用起来非常方便。

        开发环境的建立

       首先要安装软件。必须按照下面的顺序安装:

        安装Microsoft Visual Studio C++ 6.0。在安装过程中,必须选中“注册环境变量”选项。

        安装操作系统对应的DDK(2000系统安装2000DDK,XP系统安装XPDDK)。

        安装DriveStudio3.1(若为XP系统,必须安装3.2以上的版本)。

        接下来,编译库文件。用VC打开库文件Program FilesCompuware DriverStudioDriverWorkssource Vdw Libs.dsw,选择Build|Batch Build(编译|批构件),从中选择需要编译的配置(32位机选“select all i386”)。若编译无错误,就可以进行驱动程序的开发了。

       3 生成驱动程序框架

        从开始菜单启动Driver Wizards,选择DriverWorks Project,开始创建一个驱动程序框架。

       ● 填写驱动程序名称,单击next;
       ● 选择驱动程序类型,这里选择WDM Driver驱动程序,单击next;
       ● 选择WDM Function Driver,单击next;
       ● 选择总线类型,这里选择pci总线。填写pci Vendor ID和pci Device ID,一般可以从硬件的使用说明书中看到,没有的话可以用pciview软件得到。后两项pci Subsystem ID和pci Revision ID可以不填。单击next;
       ● 选择设备类的名称和文件类名称,默认即可,单击next;
       ● 选择需要的功能函数,本设计需要I/O读写,必须添加I/O通信函数。添加读函数PCI_DA_IOCTL_Read()和写函数PCI_DA_IOCTL_Write(),单击next;
       ● 选择队列方式,数据量大时选择排队,点击Next;
       ● 添加资源。资源分为i/o资源和内存资源。添加资源时必须对应硬件相应得基地址寄存器。选择Direct存取方式,单击next;
       ● 为i/o通信方式添加控制代码,若不需要i/o通信,可不添加,单击next;单击Finish,完成驱动程序框架,并自动启动vc。

      4 添加代码完成应用程序和驱动程序的通信

        在DriverWorks中,应用程序使用CDeviceInterfaceClass的实例去获得一个或更多的DeviceInterface实例。CDeviceInterface类抽象了一个单一设备接口,它的成员函数DevicePath( )返回一个路径名指针,它被发送到CreateFile去打开设备,即获取设备句柄。

        打开设备以后,应用程序通过函数ReadFile(),WriteFile()和DeviceIoControl()函数调用访问设备。其中,DeviceIoControl()函数可以用不同的IOCTL命令实现不同的功能。要完成应用程序和驱动程序的通信,还必须添加硬件板卡访问命令。在驱动程序中,主要用inb(),outb()函数进行硬件访问,具体参数可参照vc的msdn。

       在本系统中,主要用DeviceIoControl()来调用驱动程序。相应的通信函数和添加的读写代码如下:

        NTSTATUS PCI_DADevice::PCI_DA_IOCTL_Read_Handler(KIrp I)
{
        NTSTATUS status= STATUS_SUCCESS;
        //得到IOCTL缓冲区指针
        PUCHAR pOutBuffer=(PUCHAR) I.IoctlBuffer() ;
        //输出缓冲区大小
        ULONG ioOutSize=I.IoctlOutputBufferSize();
        //读取偏移地址为n-1的数据,放入输出缓冲区,传递给应用程序 
        pOutBuffer[0]= m_MemoryRange1.inb(ioOutSize-1);
        //读取一个字节数据
        I.Information()=1;
        return status;
        }
        NTSTATUS PCI_DADevice::PCI_DA_IOCTL_Write_Handler(KIrp I)
        {
        NTSTATUS status=STATUS_SUCCESS;
        //得到IOCTL缓冲区指针
        PUCHAR pInBuffer=(PUCHAR) I.IoctlBuffer ();
        //输入缓冲区大小
        ULONG ioInSize=I.IoctlInputBufferSize();
        //将数据写入偏移地址为n-1的存储单元
       m_MemoryRange1.outb

       (ioInSize-1,pInBuffer[0]);
       //写入大小为一个字节
        I.Information()=1;
       return status;
       }

        编译驱动程序,生成一个.inf文件和一个.sys文件,这就是需要安装的驱动程序文件。编译无错误,就可以安装调试驱动程序了。

       5 安装调试驱动程序

       插入自己设计的PCI板卡,重新启动计算机,出现安装新硬件向导。安装已经生成的.inf文件和.sys文件。安装后,查看pci设备的资源,若与自己硬件设置的资源空间相同,则设备驱动安装成功。

      用Windows自带的命令提示符,打开驱动程序框架自带的test应用程序,测试通过驱动程序读写数据。若读取的和写入的数据一致,则驱动程序开发成功。

       结束语

       本文以一种基于PCI总线的D/A数据输出板卡为例,介绍了在Windows 2000/XP下用DriverStudio开发PCI总线WDM驱动程序的基本方法,详细叙述了应用程序和驱动程序之间的通信机制和硬件访问方法;针对板卡的硬件结构和功能用途,介绍了PCI9052总线控制器PCI配置寄存器和局部配置寄存器地址配置的具体方法;给出了利用安装新硬件向导安装驱动程序的方法,实现了上位机和数据输出板卡的通信。

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