Windows平台下PCI9054的驱动程序的研究

[摘 要] 研究了使用DriverStudio在windowsXP平台下pci9054芯片的驱动开发，从几个关键方面入手，从而编写驱动程序。

[关键词] 驱动程序；PCI总线；DriverStudio；DMA；配置空间

PCI的含义为外设部件互联，它支持64位数据传送，多总线主控和线性突发方式，其数据传输率最大可大528Mb/s.

在PCI设备插入PCI插槽上电后，总线配置机构自动根据PCI设备的要求实现配置。在WindowXP系统中，为了保证系统运行的安全性和可移植性，对应用程序在硬件上的操作做了限制。不支持直接对系统硬件资源的操作。

DriverStudio是用于Windows设备驱动程序的开发和应用程序开发的软件，它包括DriverAgent，VtoolsD，Driverworks等功能强大的模块。DriverAgent用于快速生成硬件测试的驱动程序。VtoolsD提供了VxD编程全线C++类库支持；DriverWorks能自动生成设备驱动程序源框架。总之，DriverStudio的强大性能使得驱动程序的编写不再困难。

1、驱动开发环境

驱动开发环境的安装顺序：先安装VC++，再安装DDK，最后安装DriverStudio在Windows下开发驱动程序需要安装DDK（Driver Development Kit）。DriverStudio集成开发环境对DDK提供的函数进行封装，以类的形式提供方便的接口，同时提供方便编程的程序生成向导，提高开发效率，因此，该集成开发环境被广泛应用。

2、DMA传输

使用DMA的目的是最小化CPU介入数据传输操作，要做到这一点，DMA设备使用了一个辅助处理器，叫作DMA控制器，用来在内存和设备之间传输数据。这样就允许CPU在进行I/0操作的同时继续做其他有益的工作。

DriverWorks为我们提供了三个类：KDmaAdapter、KDmaTransfer和KCommonDmaBuffer，用于实现DMA操作。KdmaAdapter类用于建立一个DMA适配器，它标明一个DMA通道的特性和提供串行化访问的服务。KdmaTransfer类用于控制DMA的传输，启动一个DMA传输、DMA传输数据缓冲区物理地址和传输字节数、以及DMA传输结束后数据由公用缓冲区拷贝到应用程序数据缓冲区，这些工作都是由KdmaTransfer类实现的。KCommonDmaBuffer类用于申请系统提供的公用缓冲区，对于DMA操作，系统提供了一个特殊的内存，即物理上连续的内存，称为公用缓冲区。对于支持分散，聚集DMA的设备，因其并不要求在物理上连续的内存，可以不使用公用缓冲区。

3、中断管理

PCI设备的中断是可以共享的，电瓶触发，在指定中断引脚寄存器指定INTA#给PCI板卡，即给INTPIN赋值为1.中断线寄存器INTLN是PCI板卡用来向主机系统声明自己希望申请的系统终端资源IRQ号。Plx9054_IntEnable（hPlx9054，AddressOfPlx9054_IntHandlerRoutine）是实现中断的关键库函数，在Plx9054_IntEnable中封装了InterruptThreadEnable中断使能函数，Plx9054_IntHandlerRoutine是中断处理例程，在中断服务程序中完成充电和逆变控制。

4、访问PCI配置空间

遵循PCI标准的设备为其配置信息提供了一个独立的地址空间，每个PCI卡都有1到8个函数，并且每个函数都有自己配置信息的存储空间，空间为256个字节，其中前64个字节是头信息。PCI协议定义了多种头信息格式，通常头信息是通过结构体PCI_CONFIG_HEADER_0来定义的。

驱动程序通过类KPciConfiguration可以访问一个PCI设备配置信息。在使用这个类之前，首先要了解PCI设备的信息，如VenderID等。按照下列步骤可以建立访问PCI设备的配置信息的驱动程序：（1）声明一个类KPciConfiguration型对象，这个对象通常在构造体中接受参数VenderID和DeviceID。如：#define VENDOR_ID 0x7CE0#define DEVICE_ID 0X1000KPciConfiguration MyPciCFG（VENDOR_ID，DEVICE_ID）；（2）测试构建是否正确，如果为真，则对这个PCI设备正确定位；（3）申请设备需要资源。一般通过类KResourceRequest和KResourceAssignment来进行资源申请及分配。当然KResourceAssignment一般只能使用一次；（4）对于支持多个PCI设备系统主板来说，驱动程序必须列举这些设备并且产生相应的设备对象。

5、PLX9054驱动程序

PLX9054芯片是PLX公司推出的PCI桥接芯片，该芯片符合PCI规范2.2标准，它带有两个独立的DMA控制器，支持32位/33MHz、内部有6种可编程FIFO存储器。应用较广泛。

程序的入口函数DriverEntry中，主要的逻辑功能是指定该驱动程序的各个功能函数的入口：

pDriverObject->DriverUnload = DriverUnload；

pDriverObject->MajorFunction[IRP_MJ_CREATE] = Dispatch_Create；

pDriverObject->MajorFunction[IRP_MJ_CLOSE] = Dispatch_Close；

pDriverObject->MajorFunction[IRP_MJ_READ] = Dispatch_Read；

pDriverObject->MajorFunction[IRP_MJ_WRITE] = Dispatch_Write；

pDriverObject->MajorFunction[IRP_MJ_CLEANUP] = Dispatch_Cleanup；

pDriverObject->MajorFunction[IRP_MJ_DEVICE_CONTROL] = Dispatch_IoControl；

pDriverObject->MajorFunction[IRP_MJ_PNP] = Dispatch_Pnp；

pDriverObject->MajorFunction[IRP_MJ_POWER] = Dispatch_Power；

pDriverObject->MajorFunction[IRP_MJ_SYSTEM_CONTROL] = Dispatch_SystemControl；

pDriverObject->DriverExtension->AddDevice = AddDevice；

根据这些指定的函数入口，操作系统对该驱动的各种操作都在这些函数中响应。比如，函数AddDevice在驱动程序启动的时候调用，功能是创建一个设备对象，并将其安装到设备堆栈中。IRP_MJ_READ命令对应函数Dispatch_Read，在设备需要向系统传递数据时执行该函数。

6、驱动程序的调试

编写设备驱动程序需要对操作系统底层有一定的了解，并且需要程序员有一定的硬件知识背景。而且驱动程序工作在具有最高权限的Ring0层，程序行为处在无保护状态，不当的驱动程序可能使设备工作不正常，干扰其他设备，严重的可以引起系统崩溃。所以程序员必须保证驱动程序可靠。驱动程序的调试成为了开发难点之一。本设计采用了NuMega公司开发的SoftIce作为调试工具，SoftIce功能强大，可以在单片机上运行。本设计的驱动程序调试过程如下：（1）首先用SoftIce产生IO读写信号以确认硬件设备正常运行；（2）使用SoftIce产生断点或调试宏跟踪驱动程序。确认驱动程序正常装载；（3）使硬件发送有规律的数据，通过查看内存数据，以确认数据传输的正确；（4）对于最核心的中断响应代码，可以用SoftIce的Genint命令产生虚拟中断，单步跟踪中断响应函数；（5）测试在各种工作条件下驱动程序的可靠性与实时性。

参考文献：

[1]杨波，柳征，姜文利.WindowsXP环境下的PCI设备驱动程序设计[J].科技信息，2007.（1）：9-10.

[2]张宏超.Windows平台下PCI设备驱动程序开发[J].信息化研究，2010.36（2）：41-44.

[3]王峰，张文军，余松煜.PCI设备驱动程序中几个关键问题的设计与实现[J].测控技术.2003.21（8）：58-60.

作者简介：金 鹏，重庆交通大学。