利用WinDriver開發(fā)PCI設備驅動程序

摘要：WinDriver是一套PCI驅動程序開發(fā)包。它改變了傳統(tǒng)驅動程序開發(fā)的方法與思路，極在地簡化了驅動程序的編制；同時，又沒有犧牲驅動程序的性能，是一套高效、快捷的PCI驅動程序開發(fā)軟件包。特別適合專業(yè)硬件人員的使用。

WinDriver是Jungo公司出版的一個設備驅動程序開發(fā)組件，它可以大大加速PCI設備驅動程序的開發(fā)。作者在實際的項目中采用了WinDriver來開發(fā)設備驅動程序，取得了相當好的運行效果。從目前國內的資料上來看，大多數(shù)設計人員還是在用DDK、Wtools開發(fā)設備驅動程序，因而作者覺得有必要向大家介紹與推薦這個軟件。

WinDriver是一套設備驅動程序開發(fā)組件，它的目的就是方便Windows程序員快速開發(fā)出PCI/ISA設備的Windows驅動程序（目前最新的版本V4.32還支持PCMCIA、USB設備的驅動程序的開發(fā)，并且除了支持Windows9X/NT系統(tǒng)外，還有支持Unix、Windows CE的版本推出）。利用WinDriver開發(fā)設備驅動程序，不需要熟悉操作系統(tǒng)的內核，整個驅動程序中的所有函數(shù)都是工作在用戶態(tài)下的，通過與WinDriver的.Vxd或者.Sys文件交互來達到驅動硬件的目的。由于是一個用戶態(tài)程序，效率的高低也就成了人們選擇WinDriver時關心的一個問題。大量實踐數(shù)據表明，WinDriver并沒有通過犧牲系統(tǒng)性能來換取驅動程序的快速開發(fā)，的確是一個“像開發(fā)用戶態(tài)程序那樣簡單，像核心態(tài)程序那樣高效”[1]的開發(fā)工具。

1 WinDriver主要特征

　　·提供了從用戶層訪問硬件的簡單方法；

　　·能夠方便地將性能要求特別苛刻的部分通過Windriver提供的API插入到核心態(tài)模式運行，提高執(zhí)行效率；

　　·對主流PCI接口芯片（AMCC、PLX、V3系列）提供了很好的支持；

　　·可以利用常見的軟件開發(fā)平臺（Visual C++、Borland C++、VB4、Java、Delphi）；

　　·支持I/O、DMA、中斷處理，支持PCI、ISA、EISA設備的開發(fā)；

　　·無需DDK以及核心態(tài)程序開發(fā)的經驗。

2 開發(fā)步驟

　　a.根據WinDriver的文檔，建議開發(fā)步驟如下：

　　·修改代碼，加入定制功能；

　　·在用戶態(tài)執(zhí)行與調試代碼；

　　·將性能苛刻部分插入到核心態(tài)；

b.我們在實際編寫驅動程序的過程中發(fā)現(xiàn)，完全用WinDriver提供API來寫驅動程序比在Wizard生成的框架代碼上修改更為靈活。一般來說，PCI驅動程序分成3個部分：初始化部分，對硬件資源的訪問函數(shù)庫、具體調用部分。其中，后面兩個部分對于不同的硬件都是基本一致的。比如說，我們先后開發(fā)的基于AMCC5933與PLX9052的PCI接口卡，對于他們的硬件資源訪問，用的都是WinDriver下面相同的API；兩者開發(fā)的不同只在于初始化時對于硬件資源的鎖定。所以只要開發(fā)出了針對一種接口芯片的系統(tǒng)的驅動代碼后，以后一般只要修改接口芯片的ID值及一些寄存器的偏移值，就能夠移植了，比每次生成不同的框架代碼再改動也許要更簡便。

3 實例分析

整個驅動程序的結構大致如下：

　　·打開WinDriver設備；

　　·查找我們要訪問的PCI設備；

　　·枚舉該設備的資源（內存、I/O、中斷）；

　　·鎖定該設備的資源只能為我們所用，不能被其他程序訪問；

　　·訪問板上的資源；

　　·解鎖資源；

　　·關閉WinDriver設備。

以下為一段使用WinDriver開發(fā)的AMCC5933DMA的驅動代碼，利用這個程序來演示WinDriver的程序結構。這個程序只要稍加修改，就可以用來作為其他PCI卡的驅動程序的一部分，例如PLX9050、9054。為了節(jié)省篇幅，省略了變量說明部分。程序中出現(xiàn)的變量大都由其名稱可以反映含義，具體可以參見WinDriver的設計文檔中的說明。

　　hWD=WD_Open(); //打開WinDriver設備，每次使用前必須調用；

　　pciScan.searched.dwVendorId=0x10e8; //AMCC公司供貨號

　　pciScan.searched.dwDeviceId=0x4750; //AMCC5933的設備號

　　WD_PciScanCards (hWD,pciSxcan); //枚舉PCI槽上的設備

　　pciSlot =pciScan.cardSilt[0]; //假設只有我們一個設備得到設備槽的號碼

　　pciCardInfo.pciSlot=pciSlot;

　　WD_PciGetCardInfo(hWD,pciCardInfo); //得到該設備槽上的設備信息

　　Card=pciCardInfo.Card; //Card為一個反映PCI卡上資源的結構

　　cardReg.Card=Card;

　　WD_CardRegister(hWD,cardReg); //向核心態(tài)登記，鎖定卡上資源

　　Item=Card.Item[2]; //將卡上的號為2的資源賦給Item

　　if(Item.item==ITEM_MEMORY)

　　{

　　regAddr=Item.I.Mem.dwUserDirectAddr; //得到PCI卡上的內存映射到用戶態(tài)的地址

　　}

　　Dma1.dwBytes=4*dwDWord;

　　Dma1.pUserAddr=pBuffer1;

　　Dma1.dwOptiONs=0;

　　WD_DMALock(hWD,Dma1); //鎖定用于DMA的內存資源

至此與PCI卡上的內存進行DMA傳輸?shù)臏蕚湟呀浲瓿桑旅嬷灰獙懴鄳目刂谱志涂梢詥覦MA操作了。

4 常見問題的解答

（1）評估版本的功能限制及其解決

評估版本除了30天的限制外，與正式版本相比還有3個限制。其中影響最大的是所有的關閉函數(shù)（DMA鎖定內存的解鎖，資源的關閉…）都加了延時。這樣我們在做數(shù)據采集卡的驅動程序時就要注意，最好只分配一次資源。比如說做DMA操作，不要反復地鎖定內存，這樣會在解鎖時損失效率。一個折衷的方法是鎖定DMA內存后，一旦這塊內存寫滿后，就將其中數(shù)據拷到用戶態(tài)程序分配的大內存中去。

（2）用WinDriver開的程序效率

在使用WinDriver或者VxdTools這類工具時，大家最關心的一個問題可能就是效率問題。從實踐與分析來看，WinDriver生成的驅動代碼的效率相當?shù)馗?。比如PCI卡的高速數(shù)據采集涉及到DMA的應用，WinDriver提供相應的API來將卡上的內存映射到用戶態(tài)程序所能直接訪問的地址空間中，然后直接對這個映射后得到的地址進行DMA操作。也就是說，與用DDK來直接編寫驅動程序的區(qū)別就在于地址映射的操作上，在這部分工作上面，用WinDriver的API肯定沒有直接用DDK寫的專門面向特定硬件優(yōu)化的代碼來得高效。但是這部分代碼實際上屬于初始化工作，這部分的效率高低事實上并不會影響總體上的效率。

實際中，用WinDriver編寫的PCI驅動程序在賽揚466、64M內存的機器上，在8位模式下可以穩(wěn)定地采集4～8Mbytes/s的數(shù)據。而且隨著硬件設計的改變，肯定還有提高余地。

經過實際應用，發(fā)現(xiàn)WinDriver這個軟件使用快速，無論是開發(fā)效率還是實際達到的性能指標都相當令人滿意。特別對于硬件開發(fā)人員來說，可以不必了解繁瑣的操作系統(tǒng)的內核知識，就可以快速地開發(fā)出驅動程序，對于調試硬件是一個很好的幫助工具。