PCI9052接口芯片的配置及驅(qū)動(dòng)程序開(kāi)發(fā)

2.1 驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(dòng)程序開(kāi)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(dòng)開(kāi)發(fā)的角度上看，WDM模型為存在于Win-dows2000系統(tǒng)中的驅(qū)動(dòng)程序提供了一個(gè)參考框架。作為Windows2000系統(tǒng)結(jié)構(gòu)開(kāi)發(fā)人員，由于操作系統(tǒng)為應(yīng)用程序，而在驅(qū)動(dòng)程序和硬件之間提供有系統(tǒng)服務(wù)接口和平臺(tái)相關(guān)操作，因此，設(shè)計(jì)時(shí)只需要關(guān)注應(yīng)用程序和設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的開(kāi)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(dòng)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(dòng)態(tài)分配給PCI配置寄存器的，因此，驅(qū)動(dòng)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(cè)到PCI設(shè)備時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)發(fā)送IRP_MN_START_DEVICE的IRP給驅(qū)動(dòng)程序，驅(qū)動(dòng)程序調(diào)用ONStartDevice以啟動(dòng)例程處理，并在啟動(dòng)例程里獲取該IRP棧，同時(shí)把它包含的系統(tǒng)分配給該設(shè)備的資源信息。

用DriverStudio開(kāi)發(fā)驅(qū)動(dòng)程序時(shí)，應(yīng)在Wizard中設(shè)置好PCI設(shè)備的資源。對(duì)于實(shí)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(lái)產(chǎn)生PCI中斷，以分別生成對(duì)應(yīng)的KIoRange類(lèi)、KMemoryRange類(lèi)和KInterrupt類(lèi)。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(kāi)發(fā)者則不必再處理。在一般情況下，驅(qū)動(dòng)程序無(wú)需再訪問(wèn)PCI設(shè)備的配置空間，如果需要訪問(wèn)，則可通過(guò)類(lèi)KPciConfiguration，該類(lèi)包含了通過(guò)向PCI總線發(fā)送瀆寫(xiě)配置空間的IRP操作。也可定義類(lèi)KRe-sourceAssignment來(lái)獲取PCI的端口地址和中斷號(hào)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(dòng)程序?qū)τ布Y源的訪問(wèn)

獲取設(shè)備的硬件資源以后，就可以對(duì)硬件資源進(jìn)行訪問(wèn)了。對(duì)硬件的訪問(wèn)一般包括I／O端口訪問(wèn)和內(nèi)存訪問(wèn)，它們分別對(duì)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(wèn)設(shè)備時(shí)，它就會(huì)調(diào)用Win32API函數(shù)(如ReadFile)。Win32子系統(tǒng)模塊通過(guò)調(diào)用平臺(tái)相關(guān)的系統(tǒng)服務(wù)接口實(shí)現(xiàn)該API，而平臺(tái)相關(guān)的系統(tǒng)服務(wù)則調(diào)用內(nèi)核模式來(lái)支持例程。即在調(diào)用ReadFile函數(shù)時(shí)，首先到達(dá)系統(tǒng)的人口點(diǎn)，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(shí)首先檢查傳遞給它們的參數(shù)，然后創(chuàng)建一個(gè)“I／O請(qǐng)求包(IRP)”的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并把這個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)送到某個(gè)驅(qū)動(dòng)程序的入口點(diǎn)執(zhí)行IRP設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，最后再訪問(wèn)硬件。對(duì)于PIO方式的設(shè)備，一個(gè)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(huì)使用硬件抽象層(HAL)來(lái)訪問(wèn)硬件。IRP貫穿于驅(qū)動(dòng)程序之間，它在應(yīng)用程序、驅(qū)動(dòng)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(dòng)程序完成一個(gè)I／O操作后，可通過(guò)調(diào)用一個(gè)特殊內(nèi)核模式服務(wù)例程來(lái)完成該IRP，完成操作時(shí)再處理IRP的最后工作，以它使等待的應(yīng)用程序恢復(fù)運(yùn)行。

用DriverStudio開(kāi)發(fā)驅(qū)動(dòng)程序時(shí)，可根據(jù)配置聲明KIoRange類(lèi)、KMemoryRange類(lèi)和KInterrupt類(lèi)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)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(guò)一個(gè)外部引腳即可產(chǎn)生中斷。標(biāo)識(shí)兩個(gè)KMem-oryRange類(lèi)實(shí)例、一個(gè)KIoRange類(lèi)實(shí)例和一個(gè)KInterrupt類(lèi)實(shí)例的具體實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)如下：

(1) I／O端口的訪問(wèn)

I／O端口的訪問(wèn)流程如圖3所示，應(yīng)用程序通過(guò)API函數(shù)DeviceIoControl的調(diào)用，并調(diào)用驅(qū)動(dòng)程序的分發(fā)例程DeviceControl，同時(shí)通過(guò)KIoRange類(lèi)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)I／O映射空間的訪問(wèn)。需要注意的是，當(dāng)DeviceloControl異步調(diào)用的時(shí)候，必須在驅(qū)動(dòng)程序中添加取消例程，并在DeviceControl例程中阻止一個(gè)應(yīng)用程序?qū)ζ涞亩啻握{(diào)用。KIoRange類(lèi)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€(gè)字節(jié)、字和雙字?jǐn)?shù)據(jù)。在WDM中，對(duì)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(duì)PCI設(shè)備的訪問(wèn)中，I／O端口的訪問(wèn)通常比較頻繁。