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摘要：介紹了在Windows2000操作系統(tǒng)下，使用DriverStudio軟件編寫符合WDM模式的pci數據傳輸卡驅動程序，并詳細分析了一個應用實例。

關鍵詞：PCI總線設備驅動程序WDM模式DriverStudio

PCI總線規(guī)范是為提高微機總線的數據傳輸速度而制定的一種局部總線標準。在設計自行開發(fā)的基于PCI總線的數據傳輸設備時，需要開發(fā)相應的設備驅動程序。通常開發(fā)PCI設備驅動程序有多種模式，在Windows2000環(huán)境下，主要采用WDM模式。本文針對自行開發(fā)的基于PCI總線的CCD視頻信號傳輸控制卡，編寫了符合WDM模式的驅動程序。

1WDM模式驅動程序

1．1WDM模式（WindowsDriverModel）

Windows2000對驅動程序的編寫不再基于以往的Win3．x和Win9x下的VxD（虛擬設備驅動程序）結構，而是基于一種新的驅動模型——WDM（WindowsDriverModel）。

WDM為Windows98／2000／XP操作系統(tǒng)的設備驅動程序的設計提供了統(tǒng)一的框架。WDM來源于WindowsNT的分層32位設備驅動程序模型（layered32－bitdevicedrivermodel）。它支持更多的特性，如即插即用（PnP）、電源管理、WMI和NT事件。

1．2設備驅動程序

設備驅動程序是操作系統(tǒng)的一個組成部分，它由I／O管理器（I／OManager）管理和調動。Windows2000操作系統(tǒng)下的I／O管理器功能描述如圖1所示。

I／O管理器每收到一個來自用戶應用程序的請求就創(chuàng)建一個I／O請求包（IRP）的數據結構，并將其作為參數傳遞給驅動程序。驅動程序通過識別IRP中的物理設備對象（PDO）來區(qū)別是發(fā)送給哪一個設備。IRP結構中存放請求的類型、用戶緩沖區(qū)的首地址、用戶請求數據的長度等信息。驅動程序處理完這個請求后，在該結構中填入處理結果的有關信息，調用IoCompleteRequest將其返回給I／O管理器，用戶應用程序的請求隨即返回。訪問硬件時，驅動程序通過調用硬件抽象層的函數實現。

1．3DriverStudio工具簡介

NuMegaLab公司開發(fā)的DriverStudio是一整套開發(fā)、調試和檢測Windows平臺下設備驅動程序的工具軟件包。它把DDK（DeviceDevelopmentKit）封裝成完整的C＋＋函數庫，根據具體硬件通過向導生成框架代碼，并且提供了一套完整的調試和性能測試工具SoftICE、DriverMonitor等。

2應用實例

本文利用PCI專用接口芯片PCI9052設計了一個數據傳輸控制卡?？ㄉ现饕男酒蠵CI9052、FIFO（CY7C4221）、CPLD（MAX7064S）和A／D轉換器（MAX1197）。傳輸卡硬件框圖如圖2所示。面陣CCD得到的視頻信號經過調理電路，生成的視頻調理信號通過A／D轉換器進行數字化處理，送入FIFO中。在CPLD的控制下，數據經過PCI9052送入PCI總線，再傳送到計算機內存中，并顯示在監(jiān)視器上。驅動程序必須實現如下幾個基本功能：（1）硬件中斷；（2）能支持應用程序獲取數據；（3）能根據外部FIFO（CY7C4221）的狀態(tài)啟動或停止突發(fā)傳輸。

在數據輸入過程中，最重要的是對數據進行實時控制，因此需要硬件中斷。在中斷程序中，根據外部FIFO狀態(tài)完成數據的讀入。

2．1用DriverWizard生成驅動程序框架

DriverStudio中的DriverWorks軟件為開發(fā)WDM程序提供了一個完整的框架。它包含一個可快速生成WDM驅動程序框架的代碼生成向導工具DriverWizard，而且還帶有許多類庫。在用DriverWizard生成的程序框架中寫入相對于設備的特定代碼，編譯后即可得到所需的驅動程序。

在利用DriverWorksV2．7的向導DriverWizard完成驅動程序的框架時共有11個步驟，其中關鍵步驟有：

（1）在第四步中選中PCI，并在VendorID和DeviceID中分別輸入廠商號和設備號，還需填入PCISubsystemID和PCIRevisionID。這四項可以用網上的免費軟件PCITree或PCIView瀏覽PCI設備，用這兩個軟件也可以得到BAR0～BAR5的資源分配情況和中斷號。

（2）第七步IRP隊列排隊方法，它決定了驅動程序檢查設備的方式。本設計選SystemManaged，則所有的IRP排隊都由系統(tǒng)（即I／O管理器）完成。

（3）第九步是最關鍵的一步。首先在Resources中添加資源，在name中輸入變量名，在PCIBaseAddress中輸入0～5的序列號。0～5和BAR0～BAR5一一對應。在設置中斷對話框中，在name欄寫入中斷服務程序的名稱，選中創(chuàng)建中斷服務程序ISR?穴CreateISR?雪，不選創(chuàng)建延遲程序調用DPC（CreateDPC），選中MakeISR／DPCclassfunctions，使ISR／DPC成為設備類的成員函數。

其次選中Buffer以選取讀寫方式，用于描述與I／O操作相關的數據緩沖區(qū)。本設計需要快速傳送大量數據，因此采用DirectI／O方式。

（4）在第十步中，需要加入與應用程序或者其他驅動程序通信的I／O控制代碼參量。

2．2驅動程序模塊框圖和代碼分布

PCI設備驅動程序模塊包括配置空間的訪問模塊、IO端口模塊、內存讀寫模塊和終端模塊等。各模塊之間是對等的。驅動程序模塊框圖如圖3所示。

驅動程序初始化模塊代碼段放在＃pragmacode＿seg（″INT″）和＃pragmacode＿seg（）之間。在系統(tǒng)初始化完成后，這部分代碼從內存中釋放，防止占用系統(tǒng)寶貴的內存資源。＃pragmacode＿seg（）之后是驅動程序和系統(tǒng)的許多模塊的實現部分。這部分在驅動程序運行后不會從內存中釋放。

2．3驅動程序主要模塊的實現

（1）配置空間的訪問模塊

DriverWorks的KPciConfiguration類封裝了訪問PCI設備配置空間的所有操作。首先初始化這個類的實例：

KpciConfigurationPciConfig（）m＿Lower．TopOfStack（））；

／?觹m＿Lower是KpnpLowerDevice類的對象。m＿LowerTopOfStack（）返回當前設備堆棧頂部的設備對象。*/

初始化完后可以直接利用成員函數ReadHeader／WriteHeader函數訪問所有的配置寄存器。

為了確定映射空間的類型和大小，先向目標基地址寄存器寫入0Xffffffffh，然后回讀該寄存器的值。如果最低位為1，表示映射于I／O空間，反之為存儲空間；如果映射于存儲空間，從第四位開始計算0的個數可以確定內存空間的大?。蝗绻荌／O方式，從第二位開始計算0的個數可確定I／O空間的大小，最大為256字節(jié)。如果設備的存儲空間超過256字節(jié)，要實現設備的整個存儲部分的訪問，就必須采用內存映射。

（2）I／O操作模塊

Driverworks的KIoRange類封裝了I／O端口訪問的操作。部分代碼如下：

{……

KIORangeDevIoPort()；／／創(chuàng)建實例

NTSTATUSstatus＝DevIoPort()．Initialize(pResListTranslated，pResListRaW，PciConfig．BaseAddressIndexToOrdinal(0))；

／*第一個參數為轉換后的資源列表指針；第二個參數為原始資源列表指針；第三個參數中的0為I／O口對應的基地址，用來轉換成特定端口資源的序數?*／

If(NT＿SUCCESS(status))

{……

DevIoPort．inb(0,LineBuf1,10);

／*成功初始化后可分別用KIoRange類的成員函數inb(／outb)從端口中讀／寫字節(jié)*／

}

else｛Invalidate()；returnstatus；

／*未能初始化成功，錯誤信息在status中*／

{

……}

(3)內存讀寫模塊

DriverWorks的KMemoryRange類封裝了端口訪問的操作。

status＝m＿MemoryRange()．Initialize(pResListTranslated，pResListRaw，PciConfig．BaseAddressIndexToOrdinal(0))；

此函數的參數、意義及具體用法與I／O端口的操作基本相同。

內存對象也用來發(fā)送控制字，以控制CPLD的開始和停止等。實際上控制字是通過PCI9052發(fā)送的。該控制字地址已被映射成PCI的內存空間。所以定義一個指向內存空間的內存對象，通過該對象即可發(fā)送控制字。

（4）中斷模塊

在中斷模塊，首先要激活PCI9052中斷使能位，然后判斷硬件中斷響應是否產生，如果有，則進行突發(fā)傳輸，讀入FIFO中的數據。

BOOLEANTranCard::Isr＿MyIrq(void)

{if(／／中斷未產生)

{……

returnFALSE;}

else

{／*如果產生硬件中斷，設置命令寄存器，進行突發(fā)數據傳輸*／

returnTRUE;}

}

為了將硬件中斷與編寫的中斷服務程序連接在一起，采用InitializeAndConnect方法，部分代碼如下：

NTSTATUSTranCardDevice?押?押OnStartDevice(KIrpI)

{……

status＝m＿MyIrq．InitializeAndConnect(

pResListTranlated,

LinkTo(Isr＿MyIrq),

This;)

……}

2．4驅動程序的調用

編寫驅動程序本身不是最終目的，最終目的是調用驅動程序管理資源，并為用戶應用程序使用。驅動程序加載以后，它的許多進程處于Idle狀態(tài)，實際上需要用戶應用程序去調用激活。應用程序利用Win32API直接調用驅動程序，實現驅動程序和應用程序的信息交互。

首先用CreateFile()打開設備，獲得一個指向設備對象的句柄。使用CreateFile函數時應注意：由于驅動程序是*．sys，所以第一個參數應該是這個設備對象的標志連接（symboliclink）。該標志連接名有一個設置數據文件搜索路徑的數字號，而這個數字號通常是零。如果這個連接名是″TranCard″，則傳遞給CreateFile的宇符串就是：″＼＼＼＼．＼＼TranCard0″。例如：

HANDLEhDevice＝CreateFile(″＼＼＼＼．＼＼TranCard0″)GENERIC＿READ｜GENERIC＿WRITE,FILE＿SHARE＿READ,NULL?,OPEN＿EXISTING,0,NULL);

然后用DeviceIoControl()進行數據的傳送。最后用CloseHandle（）關閉設備句柄。

下面是應用DeviceIoControl()程序片段。

{……

m＿b＝DeviceIoControl(hDevice,TRANCARD＿IOCTL＿

RECEIVE(buffer,sizeof,buffer,NULL,0,＆buffersize，NULL);

……}

2．5驅動程序的調試

采用SoftICE、DriverMonitor作為調試工具，基本調試過程如下：（1）使用symbolloader加載驅動程序，然后使用SoftICE跟蹤調試，確認驅動程序正常加載；（2）對核心的中斷響應程序代碼，用SoftICE中的Genint命令產生虛擬中斷，單步跟蹤中斷；（3）硬件發(fā)送大量的數據，通過查看內存的數據，確認數據傳輸是否正確。

在驅動程序的調試過程中，經常出現系統(tǒng)“死機”、“藍屏”等現象，這些情況可能因內存訪問分頁錯誤、設備資源和系統(tǒng)資源沖突、I／O使用錯誤、程序中“指針”使用錯誤等因素造成。

上述方案均調試通過。使用WDM模式開發(fā)驅動程序，程序結構清晰，開發(fā)周期較短，效率高。在PCI從模式條件下，大數據量連續(xù)傳輸速度可達28Mbps以上。