引 言

PCI總線廣泛使用在計算機中，一方面是因為該總線的數據吞吐量大，另一方面是因為該總線與具體的處理器無關。PCI硬件設備資源的分配不是硬件設計所決定的，而是由Windows操作系統根據PC機中所有硬件設備對資源的占有統一分配的。這就要求設計設備驅動程序以跨越操作系統的邊界，對物理硬件進行操作。

1 DSP芯片中集成的PCI接口特點

1.1 PCI接口的內部結構

DM642片內集成一個主/從模式的PCI接口，它相當于專用的PCI接口芯片，這樣可以不必深究PCI總線規(guī)范，將工作重點放在系統功能的實現上。DSP可以通過這個接口實現與PCI主機的互連。

從圖1可以看出，PCI接口的內部結構包括7個部分：

(1)PCI總線接口模塊(PCI Bus Interface Unit，PBIN)：該模塊對主/從模式下的總線交易都不會插入等待周期，可以實現最大的總線傳輸帶寬。

(2)E2PROM控制器模塊：控制器與外部的4線串行E2PROM相連。PCI接口復位時，控制器讀取E2PROM中的數據，配置PCI接口。DSP可以通過映射寄存器訪問E2PROM。

(3)DSP從模式寫模塊：包括一個多路復用器和一個PBIN到DSP的FIFO。它完成的功能是：外部PCI設備通過PCI接口寫數據到DSP從設備。外部主設備往DSP的Base0空間執(zhí)行寫操作時，PCI地址與DSPP寄存器中的固定偏移值結合，形成DSP目的地址，在傳輸過程中目的地址自動遞增。

(4)DSP從模式讀模塊：包括一個多路復用器和一個DSP到PBIN的FIFO。它完成的功能是：外部PCI設備通過PCI接口能夠從DSP從設備讀取數據。在外部主設備從DSP的Base0空間執(zhí)行讀操作時，PCI地址與DSPP寄存器中的固定偏移值結合，形成DSP源地址，在傳輸過程中此地址自動遞增。

(5)DSP主模式模塊：包括讀/寫兩個子模塊，DSP是該模塊的主控方。DSP主模式讀這個子模塊，完成DSP主設備通過PCI接口從外部PCI從設備中讀取數據。DSP主模式寫這個子模塊完成DSP主設備通過PCI接口寫數據到外部PCI從設備。

(6)PCI I/O接口模塊：它包括PCI的I/O寄存器，HSR，HDCR，DSPP。只能由PCI主機通過基址1寄存器或基址2寄存器的空間映射進行訪問。

(7)DSP寄存器接口模塊：包含DSP的映射寄存器，用于控制主模式接口，產生PCI中斷以及電源管理。

其他幾個模塊都與PCI總線接口模塊相連，而PCI總線接口模塊對外通過PCI總線與外部設備相連，這樣。DSP就可以通過主/從模式的讀或寫來完成與外部-設備之間的數據傳輸。

1.2 PCI接口中的寄存器

PCI接口中包括3類寄存器：

(1)PCI配置寄存器：只能被外部PCI主機(Host)訪問。

這些寄存器提供了PCI接口的配置信息，只能由外部主機訪問，可以從外部E2PROM自動加載，或者直接設置為默認值。

(2)PCI I/O寄存器：只能被外部PCI主機(Host)訪問。

PCI I/O寄存器只能由PCI主機通過基址l寄存器(Basel Address Register)或基址2寄存器(Base2Address Register)的空間映射進行訪問。

(3)映射在DSP外設空間的PCI寄存器，用于DSP控制PCI接口可以由外部PCI主機訪問，也可以由DSP訪問。

2 驅動程序設計

設備驅動程序提供連接到計算機硬件的軟件接口。它是操作系統的信任部分，由I/O管理器(I/O Manag-er)管理和調動。

用戶應用程序以一種規(guī)范的方式訪問硬件，而不必考慮如何控制硬件。驅動程序總是使設備看起來像一個文件，可以打開設備的一個句柄，然后應用程序可以在設備句柄最后關閉之前向驅動程序發(fā)出讀寫請求。

I/O管理器每收到一個來自用戶應用程序的請求就創(chuàng)建一個I/O請求包(IRP)的數據結構，并將其作為參數傳遞給驅動程序。

2.1 設備驅動程序的組成部分

可以把一個完整的驅動程序看作是一個容器，它包含許多例程。當操作系統遇到一個I/O請求包(I/ORequest Packet，IRP)時，它就調用這個容器中的例程來執(zhí)行該IRP的各種操作。驅動程序包含以下幾個基本例程：

(1)DriverEntry例程：它是驅動程序的初始化入口點，必須叫作DriverEntry。它負責驅動程序的初始化，用來初始化驅動程序范圍內的數據結構和資源。它主要有以下三個功能：設置Adddevice，Unload和其他例程的入口指針;可以從注冊表中獲取一些需要的信息以初始化驅動程序;初始化其他的在驅動程序范圍內的數據結構和資源。所有的驅動程序都必須包含它。當裝載驅動程序時，PnP管理器為每個驅動程序調用一次 DriverEntry例程。

(2)AddDevice例程：在驅動程序初始化以后，PnP管理器調用驅動程序的Add Device例程來初始化由該驅動程序所控制的設備。在Add Device例程中，驅動程序創(chuàng)建一個設備對象作為目標設備，并將設備對象附著到設備堆棧中。

(3)PnP例程：PCI設備都是即插即用設備，PCI設備的驅動程序必須具備PnP例程。PnP管理器使用PnP例程來管理驅動程序啟動、停止和刪除設備。

(4)分發(fā)例程(Dispatch)：用于管理驅動程序與應用程序之間的通信，從而實現應用程序控制PCI設備的目的。

嚴格地說，驅動程序中只有“初始化”模塊Drivet-Entry例程是一定不能少的。在實際工作中，所有驅動程序都有分發(fā)例程處理用戶I/O請求。

2.2 IRP處理

I/O請求包(IRP)是驅動程序操作的中心，是一個預先定義的數據結構，帶有一組對它進行操作的I/O管理器例程。一個IRP有固定的首部和可變數目的 IRP棧單元。IRP的固定部分含有IRP的固定屬性，每個棧單元含有大多數有關的IRP參數。當IRP由多個驅動程序處理時，使用多個IRP棧單元。每個驅動程序從當前IRP棧單元得到它的IRP參數。如果把IRP沿當前設備的驅動程序棧向下傳遞，必須在當前驅動程序中使用正確的參數設置下一個棧單元，然后在此驅動程序中利用函數IoCalldriver()調用更低層的驅動程序。驅動程序不必處理所有的IRP，但至少需要處理“創(chuàng)建”和“關閉”這兩個 IRP。I/O管理器接收I/O請求，然后在把它傳遞到合適的驅動程序棧中的最高驅動程序之前，分配并初始化IRP。驅動程序處理IRP的過程如圖2所示。[!--empirenews.page--]

IRP首先到達最高層的驅動程序1，驅動程序1使用函數IoGetCurrentIrpStackLocation()獲得指向當前棧單元的指針。

然后驅動程序1使用IoCallDriver()函數調用下一個驅動程序。I/O管理器現在改變“當前IRF’棧單元”指針，所以驅動程序2看到向下的第二個IRP棧單元(驅動程序1為它設置的棧單元)。這個過程繼續(xù)，直到最底層的的驅動程序4收到這個IRP。

驅動程序4現在處理這個IRP。當它完成IRP的處理時，驅動程序4調用IoCompleteRequest()函數。指示它已經完成IRP的處理。IRP再沿設備棧向上傳遞，直到它最終彈出棧頂，回到用戶。

2.3 IRP的完成

當一個驅動程序完成對IRP的處理時，它必須告訴I/O管理器，這稱為IRP完成。如下面代碼所示，必須設置IRP IoStatus域結構中的幾個域。IoStatus，Status設置為一個NTSTATUS狀態(tài)碼，IoStatus.In-formation通常存儲傳輸的字節(jié)數。如：

Irp一>loStatus.Status=S T ATUS_SUCCESS

Irp一>IoStatus.Information=info;

IoCompleteRequest(Irp，IO_NO_INCREMENT);

調用IoCompleteRequest()表明低層驅動程序已經完成了IRP的請求，并將這個IRP返回給I/O管理器。IO_No_INCREMENT是個系統定義的常量，指定啟動該IRP的優(yōu)先級，需要驅動程序快速處理。

3 驅動程序功能實現

當把板卡第一次插到計算機的PCI插槽以后，計算機的系統總線會檢測到有個新設備沒有安裝驅動程序，并提示安裝驅動程序。正確地安裝驅動程序以后，用戶就可以在應用程序中與驅動程序進行通信。

3.1 打開設備

在應用程序中調用系統提供的函數CreateFile()。如果系統根據設備名確實檢測到設備并成功打開了這個設備，則返回一個指向這個設備的有效句柄;如果調用失敗，則返回一個錯誤信息。

3.2 讀/寫設備

讀/寫設備包括讀/寫設備的配置空間、讀/寫設備的非配置空間，其中，非配置空間包括I/O空間、存儲空間。

設備被打開以后，應用程序就調用DeviceloCon-trol()函數來達到訪問設備的目的。DeviceIoControl()函數有8個參數，其中第3個參數是應用程序傳遞給驅動程序的數據緩沖區(qū)地址，在這個數據緩沖區(qū)存放的是應用程序要讀寫的設備的空間、偏移量、長度，這些都需要在應用程序中配置好。

這個調用由I/O系統服務接收。I/O管理器從這個請求構造一個合適的I/O請求包(IRP)。在最簡單的情況下，I/O管理器只是把IRP傳遞給一個設備驅動程序，這個驅動程序調用硬件，并完成IRP的處理。I/O管理器把數據和結果返回給Win 32和用戶應用程序?，F在一個分層的設備驅動程序棧是很常見的。每個驅動程序把該請求劃分為更簡單的請求。高層次的驅動程序調用低層次的驅動程序，最后，最低層的驅動程序與硬件直接打交道完成用戶的請求。I/O管理器把數據和結果返回給Win 32和用戶應用程序。設備程序調用如圖3所示。

當應用程序讀/寫設備時，驅動程序工作的流程圖如圖4所示。

首先，獲取當前IRP棧單元的指針;然后再讀取I/O控制代碼，判斷應用程序想達到什么樣的目的：是讀/寫配置空間，還是讀/寫非配置空間，然后再調用相應的處理程序。

4 結 語

這里采用微軟的驅動程序開發(fā)包Device Driver Kit(DDK)是因為它是其他幾種工具的基礎，它要求開發(fā)人員深刻了解驅動底層，雖然不易掌握，但開發(fā)出來的驅動程序通用性好，兼容性強。板卡與PC機的通信速度得到了很大的提高。