基于WinDriver的PCI總線設(shè)備驅(qū)動開發(fā)
摘要:工業(yè)控制計算機中廣泛使用串行接口UART與外圍設(shè)備進行通信,同時,Windows操作系統(tǒng)以其友好的UI界面被廣泛采用。文中闡述了UART設(shè)備的工作原理,并利用Jungo公司的WinDriver軟件實現(xiàn)了Windows操作系統(tǒng)下一種PCI轉(zhuǎn)多路UART設(shè)備的驅(qū)動開發(fā)。
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/256424.htm0 引言
XR17D158是在工業(yè)控制計算機中被廣泛使用的一種PCI轉(zhuǎn)8路UART接口芯片。本文首先介紹Window操作系統(tǒng)驅(qū)動程序和開發(fā)工具Win Driv er軟件,并通過該軟件完成XR17D158在Windows系統(tǒng)下驅(qū)動程序的開發(fā)。并以此為基礎(chǔ),提出了一種利用WinDrive工具開發(fā)PCI總線設(shè)備驅(qū)動程序的軟件架構(gòu)。
1 Windows操作系統(tǒng)驅(qū)動開發(fā)
Windows操作系統(tǒng)以其友好的用戶圖形界面和強大的功能在工業(yè)控制計算機領(lǐng)域廣泛使用。但是Windows對系統(tǒng)底層操作進行了屏蔽,限制應(yīng)用程序直接訪問硬件資源,應(yīng)用程序需要調(diào)用設(shè)備的驅(qū)動程序訪問硬件資源,而開發(fā)Windows環(huán)境下的驅(qū)動程序,需要對操作系統(tǒng)內(nèi)核的運行機制有深入的了解。
美國Jungo公司的WinDriver驅(qū)動程序工具包使程序設(shè)計人員不需要掌握Windows操作系統(tǒng)內(nèi)核的相關(guān)內(nèi)容,只需要調(diào)用WinDriver提供的接口函數(shù)就可以直接訪問系統(tǒng)硬件資源,減輕了設(shè)計人員的開發(fā)難度。WinDriver同時支持PCI/CardBus/ISA/ISAPnP/EISA/CompactPCI和USB等多種總線結(jié)構(gòu)。
WinDriver驅(qū)動程序的體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。
利用WinDriver開發(fā)驅(qū)動,可以使用內(nèi)核插入模式和用戶模式。內(nèi)核插入模式效率高,但編寫復(fù)雜,需要編寫者對操作系統(tǒng)內(nèi)核和微軟提供的DDK(Device Driver Kits)都有深入的了解。用戶模式下,開發(fā)人員通過WinDriver Wizard圖形化界面的引導(dǎo):首先,生成所要開發(fā)設(shè)備的.inf文件,其次,生成設(shè)備驅(qū)動程序源代碼模板。該模板由三部分組成:1)WinDriver提供給用戶的設(shè)備訪問庫函數(shù)WDC Lib;2)Win Driv er所產(chǎn)生的設(shè)備操作例程,用以檢查設(shè)備的硬件功能是否正常;3)用戶開發(fā)環(huán)境,包括:Visual Studio、Delphi等。
2 XR17D158工作原理
2.1 XR17D158簡介
XR17D158是EXAR公司生產(chǎn)的一款PCI總線UART芯片,符合PCI2,3規(guī)范。XR17D158擁有8路獨立的UART接口,每路UART接口兼容16C550的配置寄存器和64字節(jié)的發(fā)送/接收FIFO。XR17D158每路UART接口的數(shù)據(jù)傳輸速率可進行設(shè)置,最高速率可達921.6kbps。
XR17D158內(nèi)部的寄存器用來實現(xiàn)PCI設(shè)備的配置、芯片自身的狀態(tài)監(jiān)控和串行數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送。X86體系結(jié)構(gòu)下,系統(tǒng)上電后,BIOS將讀取XR17D158的PCI信息,根據(jù)系統(tǒng)的硬件架構(gòu)為XR17D158分配存儲地址、端口地址和中斷號等信息。并將信息寫入PCI配置寄存器中,例如系統(tǒng)會將XR17D158的UART配置寄存器基地址寫入BAR0(10H)中。
2.2 XR17D158芯片配置
2.2.1 波特率設(shè)置
XR17D158的8路UART接口可以配置不同的波特率,波特率計算公式為:
式(1)中,MCR[7]代表域分頻系數(shù),分頻系數(shù)由每路UART接口的DLM和DLL寄存器控制,對一路UART接口的波特率配置步驟如下:
(1)LCR[7]置1,使能DLM、DLL寄存器;
(2)EFR[4]置1,使能MCR[7:5];
(3)設(shè)置MCR[7],MCR[7]=0,預(yù)分頻系數(shù)為1,MCR[7]=1,預(yù)分頻系數(shù)為4;
(4)設(shè)定分頻系數(shù),根據(jù)所要設(shè)定的波特率,利用式(1)計算分頻系數(shù),并將分頻系數(shù)寫入DLM、DLL寄存器中;
(5)EFR[4]清0,鎖存MCR[7]。
2.2.2 UART接口數(shù)據(jù)接收
UART接口的數(shù)據(jù)接收部分由接收移位寄存器(RSR)和接收保持寄存器(RHR)組成,RSR檢測接收到的每一位數(shù)據(jù)的有效性,當檢測到停止位時,表明一個字符接收完畢,RSR將數(shù)據(jù)裝入RHR中。數(shù)據(jù)準備好中斷(ISR[2]=1)會在數(shù)據(jù)裝入RHR,或者在接收FIFO使能并且接收數(shù)據(jù)達到設(shè)定的FIFO觸發(fā)條件時產(chǎn)生。處理器可以利用查詢方式和中斷方式讀取XR17D158接收FIFO的數(shù)據(jù)。兩種方式實現(xiàn)的步驟為:
(1)查詢方式:1)設(shè)置UART通道的波特率;2)中斷使能寄存器[IER]清0,禁止所有中斷;3)讀取線路狀態(tài)寄存器(LSR);4)如果LSR[0]=0,表示RHR或者接收FIFO中沒有數(shù)據(jù),等待一定時間后,重復(fù)第3)步;5)如果LSR[0]=1,表示RHR或者接收FIFO中已經(jīng)保存有接收到的數(shù)據(jù),此時讀取RHR中的數(shù)據(jù),并重復(fù)第3)步。
(2)中斷方式:1)設(shè)置UART通道的波特率;2)IER[0]置1,使能RHR中斷;3)當PCI總線上產(chǎn)生中斷時,讀取INT0寄存器,確定產(chǎn)生中斷的通道號;4)讀取INT1、INT2、INT3寄存器,確定產(chǎn)生中斷的UART接口序號和中斷源;5)讀取RHR中的數(shù)據(jù)。
2.2.3 UART通道數(shù)據(jù)發(fā)送
發(fā)送數(shù)據(jù)過程,有效數(shù)據(jù)由主機寫入UART接口中的發(fā)送FIFO寄存器,當發(fā)送保持寄存器(THR)清空標志位ISR[1]=1,表示發(fā)送FIFO中的數(shù)據(jù)減少到滿足設(shè)定的觸發(fā)中斷條件而引起中斷,在輸出移位寄存器(TSR)中,由發(fā)送控制邏輯在待發(fā)送數(shù)據(jù)加上起始位、奇偶校驗位和終止位,并按設(shè)定的時鐘頻率逐位移出數(shù)據(jù)。
3 開發(fā)實例
使用WinDriver用戶模式開發(fā)的驅(qū)動程序,實則是為上層的應(yīng)用程序提供一組訪問設(shè)備的接口函數(shù),實現(xiàn)應(yīng)用程序?qū)υO(shè)備的初始化、讀操作、寫操作和設(shè)置等。
XR17D158的驅(qū)動程包含:UART接口打開函數(shù)XR17D158_Open()、UART接口讀函數(shù)XR17D158_Read()、UART寫函數(shù)XR17D158 Write()和UART接口關(guān)閉函數(shù)XR17D158 Close()。為了提高驅(qū)動效率,可以在內(nèi)存中分別開辟一個接收緩沖區(qū)和一個發(fā)送緩沖區(qū),XR17D158 Read()和XR17 D158 Write()不直接訪問硬件設(shè)備,而是通過對內(nèi)存緩沖區(qū)的讀寫,實現(xiàn)對XR17D158的讀操作和寫操作。本文提出的驅(qū)動程序架構(gòu)如圖2所示。
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