ＰＣＭ高速遙測發送卡的ＷＤＭ驅動程序設計

摘 要：PCM高速遙測數據發送卡是一款基于PCI接口芯片9054的PCM信號源，工作碼速率可達10 Mb／s。以在Windows 2000操作系統下設計PCM高速遙測數據發送卡的WDM驅動程序為例，介紹WDM驅動程序的基本特點和遙測數據發送卡的基本結構，詳細討論利用Driver Studio開發WDM驅動程序設計的關鍵技術，如設備初始化、軟件FIFO、中斷處理和DMA操作等。

關鍵詞：PCI；WDM；I/O請求包(IRP)；軟件FIFO

中圖分類號：TP311.52

文獻標識碼：B

文章編號：1004—373X(2008)04—063—03

開發驅動程序的軟件主要有：MicroSoft公司的DDK，Jungo公司的Windriver和Compuware NuMega公司的Driver Studio三種。DDK是最基本的驅動程序開發工具，比較復雜，適于專業的驅動程序開發人員，不適于硬件開發人員開發驅動程序。Windriver開發驅動程序不需要熟悉操作系統內核知識，針對硬件PCI／ISA／PCM—CIA／USB開發驅動程序比較方便，但驅動程序的效率不高、缺乏靈活性。Driver Studio把DDK用類的形式進行封裝，簡化設備驅動程序的開發，方便又不失靈活性。所以這里選擇Driver Studio作為驅動程序的開發工具。

在結合PCM高速遙測數據發送卡的基礎上，本文介紹WDM驅動程序的結構特點和PCM高速遙測數據發送卡的硬件結構，并闡述針對數據發送卡的特點，詳細地討論驅動程序關鍵部分的設計。

1 PCM遙測數據發送卡的硬件結構

圖1為遙測數據發送卡的原理框圖。碼型變換器的功能是根據原始PCM數據產生3種輸出碼型：NRZ—L，NRZ—M及NRZ—S之一，以適應更加廣泛的測試目的。多電平驅動器將來自FPGA的LV TTL電平的PCM數據和時鐘信號轉換為3種電平接口輸出，分別是TTL，EIA422及MLVDS。同步FIFO作為硬件數據幀緩存存儲由PCI總線寫入的數據幀，然后由序列生成器讀出。序列生成器根據PCM時鐘速率產生串行移出的PCM原始數據將來自FIFO的32位并行數據轉換為串行輸出，同時根據移位寄存器的狀態產生發向FIFO的讀數請求：

2 WDM驅動程序的結構及特點

WDM(Windows Driver Model)是在原有的NT內核模式驅動程序的基礎上發展來的，他增加了PnP(Plugand Play)、電源管理、WMI(Windows Management Instru—mentation)等功能。WDM模型的層次結構如圖2所示。

層次結構可以使I/O請求過程更加清晰。影響設備的每一個操作都使用I/O請求包(IRP)，通常IRP被送到設備堆棧的最上層，然后逐漸過濾到下層驅動程序。每處理1個IRP，I/O管理器就調用1次StartIO例程，從而著手IRP處理工作；如何處理完全取決于具體的設備，調用驅動程序中相應的例程。驅動程序處理完IRP后，會將結果返回給I/O管理器，再由I/O管理器返回給用戶應用程序。

3 PCM遙測數據發送卡WDM驅動程序的設計

在設備的驅動程序設計中，需要處理PCI設備的硬件讀寫、中斷處理、DMA等功能。可以把驅動程序視為一個框架和若干例程的結合體，各個例程處理不同的IRP，而框架負責在IRP到來時調用相應的例程。利用Driver—Works的驅動程序向導(Driver Wizard)新建一個PCI設備驅動程序框架，然后在這個框架基礎上添加必要的實現功能的處理代碼，就可以完成整個驅動程序的設計。下面以PCM遙測數據發送卡為例討論其主要的功能驅動程序例程的實現。

3.1硬件初始化例程

OnStartDevice(KIrp I)參數例程中包含2種系統分配的資源配置信息：原始的資源配置信息(AllocatedRe—sources)；轉換后的資源配置信息(AllocatedResourcesTranslated)。因為I/O總線和CPU在尋址物理硬件的方式不同，所以存在2種資源列表。從注冊表、PCI配置空間和其他地方獲取原始的資源值和轉換這些值的操作全部由PnP管理器完成，WDM驅動程序需要做的僅是從設備啟動IRP中獲取這些資源。

3.2 中斷服務例程

中斷服務例程運行在DIRQL級別上，需要盡可能快地運行。本設計在中斷服務例程中，首先判斷中斷是否自己設備產生的，如果是，則調用一個在DISPATCH_LEV—EL級別上運行的延遲過程調用(DPC)。當中斷服務例程完成后，一旦處理器獲得DISPATH_LEVEI。運行權，就會運行DPC。中斷服務例程流程圖如3所示。

3.3 中斷延遲調用例程

在延遲調用例程中，判斷中斷原因如果是DMA中斷就啟動DMA繼續發送。如果是發送通道中斷，則判斷通道號，并把相應軟件FIFO里面的待發送數據傳送到硬件FIFO里。在此過程中需要檢查在將軟件FIFO中的數據寫入硬件FIFO中后，如果軟件FIFO已被讀空，則應禁止通道中斷，否則通道中斷因為優先級高，會一直于有效狀態，導致系統死鎖。而在用戶程序寫軟件FIFO的處理函數中，檢查通道中斷，如果被禁止，則應將新寫入軟件FIFO的數據讀取一部分寫入硬件FIFO中，然后開啟通道中斷。

3.4應用程序與驅動程序的通信例程

DeviceControl(KIrp I)主要用于應用程序與驅動程序之間的通信，如向硬件讀寫數據以及軟件FIFO的操作等。DevcieControl響應用戶應用程序DeviceloControl()發送的IRP，根據IOCTL代碼來判斷調用子處理函數PCI_9054_IOCTL_READ_Handler(I)，PCI_9054_IOCTL_WRITE_Handler(I)．DEV_IOCTL_TXI_FIFO_WRITE_Handler(I)分別完成對硬件的讀寫和軟件FIFO的寫操作。

3.5 DMA傳輸操作

硬件FIFO半滿時產生通道中斷，在DPC里，判斷是通道中斷，則初始化KDmaTransfer，然后調用OnD－maReady()；在OnDmaReady()中啟動首次DMA傳輸，傳輸時發生中斷，在DPC中判斷是否DMA中斷，如果是，則調用Continue()再次啟動下次傳輸，至此全總數據傳輸完成。其流程圖如圖4所示。

4 驅動程序編譯、調試和安裝

當驅動程序編寫完成后，必須在DDK環境下進行編譯，執行Rebuild aIl命令，編譯完成后生成*.sys文件和*.inf文件。調試工具使用Softlce，基本過程如下：

(1)使用Symbol Loader加載驅動程序*.nms文件，然后激活Softlee，設置斷點跟蹤調試；

(2)用Genint命令產生虛擬中斷測試，中斷服務例程；

(3)根據需要測試其他功能。驅動程序的安裝需要對DriverWizard生成的.INF文件進行修改，安裝就是根據INF文件的信息，把編譯好的驅動程序拷貝到特定的目錄，并修改注冊表來注冊該驅動程序的參數。

5 結 語

本文編寫的驅動程序在以前的驅動程序基礎上，在驅動程序里增加一個相當于二級緩存的軟件FIFO；有效地提高了數據的響應速度，從而實現更高的數據發送速率；解決了以前在遙測數據發送碼速率較高情況下，出現數據幀不連續導致數據接收碼同步死鎖的現象。本文的驅動程序已成功的應用于所開發的PCM高速遙測數據發送卡，與同期開發的PCM遙測數據接收卡進行長時間的聯接調試。實踐證明他們可以在10 Mb／s的碼速率上可靠工作，而無死鎖或數據幀丟失現象。