基于PCI總線的實(shí)時(shí)測(cè)頻卡WDM驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)方案
PCI總線是一種與CPU無關(guān)的32/64位地址數(shù)據(jù)復(fù)用總線,工作頻率為33 MHz/66 MHz,它支持突發(fā)傳輸,具有即插即用、電源管理等功能。PCI總線以其優(yōu)良性能和可適應(yīng)性成為現(xiàn)代微機(jī)的主流總線。在開發(fā)PCI設(shè)備的過程中,需要為PCI設(shè)備寫驅(qū)動(dòng)程序。Windows驅(qū)動(dòng)程序模型(WDM)是Microsoft公司力推的全新驅(qū)動(dòng)程序模式,它支持PhP、電源管理和WMI等技術(shù)。在Windows操作平臺(tái)上,WDM已成為主流的驅(qū)動(dòng)模型。這里主要介紹根據(jù)工程背景開發(fā)的基于PCI總線的實(shí)時(shí)測(cè)頻卡的WDM驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)。
1實(shí)時(shí)測(cè)頻卡硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
實(shí)時(shí)測(cè)頻卡的主要功能是實(shí)時(shí)測(cè)定信號(hào)頻率,實(shí)時(shí)識(shí)別信號(hào)調(diào)制方式。系統(tǒng)的電路框圖如圖1所示。外部待測(cè)信號(hào)通過SMA接口進(jìn)入實(shí)時(shí)測(cè)頻卡的ADC。ADC輸出的數(shù)字信號(hào)在FPGA中緩存后進(jìn)入DSP。在DSP內(nèi)對(duì)信號(hào)進(jìn)行粗估,然后通過EMIF接口把轉(zhuǎn)化為頻率和相位控制字的粗估結(jié)果發(fā)給DDC。DDC做出調(diào)整后,通過FPGA把移頻和降采樣后的信號(hào)輸入給DSP。 DSP依據(jù)粗估結(jié)果和DDC的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)頻。測(cè)頻完畢后,通過PCI總線向PC機(jī)發(fā)出中斷信號(hào)。PC機(jī)響應(yīng)中斷,讀取DSP內(nèi)指定位置內(nèi)存處的測(cè)頻數(shù)據(jù)。為簡(jiǎn)化PCI接口電路設(shè)計(jì),選用帶有PCI接口電路的DSP芯片TMS320C6416。
2 TMS320C6416的PCI接口介紹
實(shí)時(shí)測(cè)頻卡通過TMS320C6416的PCI接口和主機(jī)進(jìn)行通信。該接口符合PCI 2.2規(guī)范,能提供33 MHz總線時(shí)鐘,32 b數(shù)據(jù)寬度,可達(dá)到峰值132 MB/s的數(shù)據(jù)帶寬。PCI接口包括配置寄存器、I/O寄存器和存儲(chǔ)器映射寄存器。圖2給出了部分PCI配置寄存器。配置寄存器的主要功能如下:
(1)設(shè)備的識(shí)別、控制和狀態(tài)指示。將供應(yīng)商ID域、設(shè)備ID域、版本域、配置頭類型域、分類代碼域這五個(gè)域用于識(shí)別設(shè)備。所有的PCI設(shè)備必須設(shè)置這些域,配置軟件可利用它們來確定系統(tǒng)中可用的PCI總線設(shè)備。對(duì)于TMS320C6416芯片而言,供應(yīng)商ID為104CH;設(shè)備ID為A106H;其他三個(gè)域隨不同的應(yīng)用會(huì)有所改變。命令寄存器為發(fā)出和響應(yīng)PCI總線命令提供粗略的控制。狀態(tài)寄存器用于記錄PCI總線有關(guān)操作的狀態(tài)信息。
(2)中斷引腳寄存器的功能。01H~04H值對(duì)應(yīng)于PCI中斷請(qǐng)求引腳INTA#~I(xiàn)NTD#。
(3)基地址寄存器的功能。其功能是為PCI設(shè)備指定存儲(chǔ)空間。PCI存儲(chǔ)空間分為獨(dú)立尋址的Memory空間和I/O空間兩類。Memory空間適用于設(shè)備功能寄存器較多或數(shù)據(jù)流量較大的場(chǎng)合,I/O空間適用于設(shè)備功能寄存器較少或數(shù)據(jù)流量較小的場(chǎng)合。PCI接口擁有3個(gè)基地址寄存器BAR用于保存指向PCI存儲(chǔ)空間的指針。圖2為部分PCI配置寄存器。
①Base 0基地址寄存器(BAR0)。確定一個(gè)4 MB可預(yù)取的PC機(jī)內(nèi)存地址空間。將DSP存儲(chǔ)空間中不同的4 MB空間都映射到PC機(jī)內(nèi)存相同的4 MB空間中。由DSP頁寄存器(DSPP)設(shè)置該區(qū)域在。DSP存儲(chǔ)空間中的映射位置;用BAR0訪問DSP內(nèi)部的RAM和外掛的通過EMIFA和EMIFB訪問的存儲(chǔ)器空間。訪問時(shí)每次最多只能讀取DSP存儲(chǔ)空間的4 MB內(nèi)容,并且需要定義DSPP寄存器,以指定訪問空間的起始地址。訪問支持?jǐn)?shù)據(jù)突發(fā)傳輸模式。這種映射方式只適用于DSP處于從模式。
②Base 1基地址寄存器(BAR1):確定一個(gè)8 MB不可預(yù)取的訪問區(qū)間。對(duì)DSP芯片而言,其訪問地址固定在0180000H~0200000H的范圍內(nèi)。用BARl來訪問DSP內(nèi)部所有的操作命令控制寄存器。
③Base 2基地址寄存器(BAR2):定義一個(gè)16 B的PC機(jī)I/O空間,用于訪問PCI的I/O寄存器。BAR2加偏移00H,訪問主機(jī)狀態(tài)寄存器HSR;BAR2加偏移04H,訪問主機(jī)對(duì)DSP控制寄存器HDCR;BAR2加偏移08H,訪問DSP頁寄存器DSPP。
3 WDM概述
WDM(Windows Driver Model)是一種遵循即插即用協(xié)議的內(nèi)核模式驅(qū)動(dòng)程序,它是微軟的全新驅(qū)動(dòng)程序模式,旨在通過提供一種靈活的方式來簡(jiǎn)化驅(qū)動(dòng)程序的開發(fā),在實(shí)現(xiàn)對(duì)新硬件支持的基礎(chǔ)上,減少并降低必須開發(fā)的驅(qū)動(dòng)程序數(shù)量和復(fù)雜性。在WDM中,采用圖3所示的分層驅(qū)動(dòng)程序體系結(jié)構(gòu)。
在WDM模型中,每個(gè)硬件設(shè)備至少有兩個(gè)驅(qū)動(dòng)程序:總線驅(qū)動(dòng)程序和功能驅(qū)動(dòng)程序。總線驅(qū)動(dòng)程序由操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn),它在最底層直接與設(shè)備打交道,負(fù)責(zé)管理硬件與計(jì)算機(jī)的連接;負(fù)責(zé)發(fā)現(xiàn)總線上所有的設(shè)備,并檢測(cè)設(shè)備何時(shí)添加到總線上或何時(shí)從總線上刪除。設(shè)備功能驅(qū)動(dòng)程序在上層通過與低層驅(qū)動(dòng)程序打交道,進(jìn)行硬件操作,以實(shí)現(xiàn)PCI設(shè)備的功能。中間還可以有類過濾驅(qū)動(dòng)程序或設(shè)備過濾驅(qū)動(dòng)程序用于修改和監(jiān)視IRP(I/O請(qǐng)求包),實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的過濾或轉(zhuǎn)換。一般在特殊的情況下才需要編寫。在實(shí)際開發(fā)中,只需要開發(fā)一個(gè)設(shè)備功能驅(qū)動(dòng)程序即可。
WDM還引入了功能設(shè)備對(duì)象(Functional DeviceObject,F(xiàn)DO)與物理設(shè)備對(duì)象(Physical Device Object,PDO)來描述硬件。一個(gè)PDO對(duì)應(yīng)一個(gè)真實(shí)的硬件,一個(gè)硬件只允許有一個(gè)PDO,卻可以有多個(gè)FDO。在驅(qū)動(dòng)程序中直接操作的不是硬件而是相應(yīng)的PDO與FDO。當(dāng)應(yīng)用程序與WDM驅(qū)動(dòng)程序進(jìn)行通信時(shí),系統(tǒng)為每一個(gè)用戶請(qǐng)求打包,形成一個(gè)I/O請(qǐng)求包(IRP)結(jié)構(gòu),將其發(fā)送到驅(qū)動(dòng)程序,并通過識(shí)別IRP中的PDO來區(qū)別是發(fā)送給哪一個(gè)設(shè)備。IRP從驅(qū)動(dòng)程序堆棧棧頂進(jìn)入,每層驅(qū)動(dòng)再把I/O請(qǐng)求劃分成更簡(jiǎn)單的請(qǐng)求,以傳給更下層的驅(qū)動(dòng)執(zhí)行,最底層的驅(qū)動(dòng)程序在收到IRP后,通過硬件抽象層HAL與硬件發(fā)生作用,從而完成I/O請(qǐng)求工作。內(nèi)核通常通過發(fā)送IRP來運(yùn)行驅(qū)動(dòng)程序中的代碼。
評(píng)論