PCI总线数据输出板驱动程序的开发

PCI(Perip heral Component Interconnect )是一种先进的高性能32/64位局部总线，支持线性突发传输，数据最大传输率可达132MB/s。同时，PCI总线存取延误小，采用总线主控和同步操作，不受处理器限制，具有自动配置功能，非常适合于高速外设。所以，它正迅速取代原先的ISA总线成为微型计算机系统的主流总线。
随着工业控制pci设备的增多，需要开发大量专用WDM驱动程序。鉴于直接用ddk开发驱动程序难度大，周期长，本文介绍了用DriverStudio套件开发WDM驱动程序的方法以及基于9052总线控制器的D/A数据输出板卡的硬件结构。

图1 D/A数据输出板卡硬件结构

D/A数据输出板卡硬件结构如图1所示。硬件电路由PCI总线控制器9052，数据锁存器LS373，D/A转换芯片，EEPROM组成。板卡上电时，读取EEPROM内容初始化9052配置空间，据此为板卡分配合适的内存空间和I/O空间，对空间进行读写操作。首先，上位机通过WriteFile()调用设备驱动程序，发送两个12位数字量，驱动程序相应函数将两个数字量分别写入两路锁存器，送入D/A转换芯片，最后输出模拟量。

9052空间配置

PCI9052芯片的配置寄存器分为PCI配置寄存器和局部配置寄存器，二者都可以由PCI总线和串行EEPROM访问。在PCI配置寄存器中的设备ID、制造商ID、版本号、首区类代码、类别代码、指令寄存器和状态寄存器等寄存器在所有的PCI设备中都必须实现，具体设置可参考相关资料。PCI配置寄存器提供有6个基地址寄存器(BASE0～BASE5)这些基地址都是系统中的物理地址，其中BASE0和BASE1是用来访问局部配置寄存器的基地址，BASE0是映射到内存的基地址，BASE1是映射到I／O的基地址，可用于通过内存和I／O来访问局部配置寄存器。这两个基地址可固定用于PCI9052芯片的寄存器操作。通过BASE2～BASE5四个空间最多可以访问局部端所接的4个芯片，实现4个局部地址空间(局部空间0～3)的PCI总线访问。

本设计选取LAS0(Local Address Space 0)来访问局部端的锁存器，该寻址空间大小为4Kb，与其有关的寄存器有四个：LAS0范围寄存器、LAS0局部基址寄存器、LAS0局部总线区域描述符和片选0基址寄存器。LAS0范围寄存器规定了地址空间的大小。

由于需要4Kb的地址空间，所以LAS0范围寄存器的值为0XFFFFF000；基地址必须是地址空间的整数倍，末尾为局部空间使能为，所以局部基址寄存器设为0X00000001；LAS0局部总线区域描述符设为0X00000102；片选0基址寄存器设为0X00000081。

驱动程序框架的建立

1 开发环境的选择

驱动程序开发选用NuMega公司的DriverStudio，它包含VtoolsD、SoftICE和DriverWorks等开发工具，DriverWorks用于开发KMD和WDM驱动程序，它适用于Windows 98/Me/NT/2000/XP操作系统。DriverWorks，需要相应DDK的支持，把DDK用类的形式进行封装，使用起来非常方便。

 开发环境的建立

首先要安装软件。必须按照下面的顺序安装：
安装Microsoft Visual Studio C++ 6.0。在安装过程中，必须选中“注册环境变量”选项。
安装操作系统对应的DDK（２０００系统安装２０００ＤＤＫ，ＸＰ系统安装ＸＰＤＤＫ）。
安装DriveStudio3.1(若为XP系统，必须安装3.2以上的版本)。
接下来，编译库文件。用VC打开库文件Program FilesCompuware DriverStudioDriverWorkssource Vdw Libs.dsw，选择Build|Batch Build（编译|批构件），从中选择需要编译的配置（32位机选“select all i386”）。若编译无错误，就可以进行驱动程序的开发了。

3 生成驱动程序框架

从开始菜单启动Driver Wizards，选择DriverWorks Project，开始创建一个驱动程序框架。
● 填写驱动程序名称，单击next;
● 选择驱动程序类型，这里选择WDM Driver驱动程序，单击next;
● 选择WDM Function Driver，单击next;
● 选择总线类型，这里选择pci总线。填写pci Vendor ID和pci Device ID，一般可以从硬件的使用说明书中看到，没有的话可以用pciview软件得到。后两项pci Subsystem ID和pci Revision ID可以不填。单击next;
● 选择设备类的名称和文件类名称，默认即可，单击next;
● 选择需要的功能函数，本设计需要I/O读写，必须添加I/O通信函数。添加读函数PCI_DA_IOCTL_Read()和写函数PCI_DA_IOCTL_Write()，单击next;
● 选择队列方式，数据量大时选择排队，点击Next；
● 添加资源。资源分为i/o资源和内存资源。添加资源时必须对应硬件相应得基地址寄存器。选择Direct存取方式，单击next;
● 为i/o通信方式添加控制代码，若不需要i/o通信，可不添加，单击next；单击Finish，完成驱动程序框架，并自动启动vc。

4 添加代码完成应用程序和驱动程序的通信

在DriverWorks中，应用程序使用CDeviceInterfaceClass的实例去获得一个或更多的DeviceInterface实例。CDeviceInterface类抽象了一个单一设备接口，它的成员函数DevicePath( )返回一个路径名指针，它被发送到CreateFile去打开设备，即获取设备句柄。

打开设备以后，应用程序通过函数ReadFile()，WriteFile()和DeviceIoControl()函数调用访问设备。其中，DeviceIoControl()函数可以用不同的IOCTL命令实现不同的功能。要完成应用程序和驱动程序的通信，还必须添加硬件板卡访问命令。在驱动程序中，主要用inb()，outb()函数进行硬件访问，具体参数可参照vc的msdn。

在本系统中，主要用DeviceIoControl()来调用驱动程序。相应的通信函数和添加的读写代码如下：

NTSTATUS PCI_DADevice::PCI_DA_IOCTL_Read_Handler(KIrp I)
{
NTSTATUS status= STATUS_SUCCESS;
//得到IOCTL缓冲区指针
PUCHAR pOutBuffer=(PUCHAR) I.IoctlBuffer() ;
//输出缓冲区大小
ULONG ioOutSize=I.IoctlOutputBufferSize();
//读取偏移地址为n-1的数据，放入输出缓冲区，传递给应用程序 
pOutBuffer[0]= m_MemoryRange1.inb(ioOutSize-1);
//读取一个字节数据
I.Information()=1;
return status;
}
NTSTATUS PCI_DADevice::PCI_DA_IOCTL_Write_Handler(KIrp I)
{
NTSTATUS status=STATUS_SUCCESS;
//得到IOCTL缓冲区指针
PUCHAR pInBuffer=(PUCHAR) I.IoctlBuffer ();
//输入缓冲区大小
ULONG ioInSize=I.IoctlInputBufferSize();
//将数据写入偏移地址为n-1的存储单元 
m_MemoryRange1.outb

(ioInSize-1，pInBuffer[0]);
//写入大小为一个字节
I.Information()=1;
return status;
}

编译驱动程序，生成一个.inf文件和一个.sys文件，这就是需要安装的驱动程序文件。编译无错误，就可以安装调试驱动程序了。

5 安装调试驱动程序

插入自己设计的PCI板卡，重新启动计算机，出现安装新硬件向导。安装已经生成的.inf文件和.sys文件。安装后，查看pci设备的资源，若与自己硬件设置的资源空间相同，则设备驱动安装成功。
用Windows自带的命令提示符，打开驱动程序框架自带的test应用程序，测试通过驱动程序读写数据。若读取的和写入的数据一致，则驱动程序开发成功。

结束语

本文以一种基于PCI总线的D/A数据输出板卡为例，介绍了在Windows 2000/XP下用DriverStudio开发PCI总线WDM驱动程序的基本方法，详细叙述了应用程序和驱动程序之间的通信机制和硬件访问方法；针对板卡的硬件结构和功能用途，介绍了PCI9052总线控制器PCI配置寄存器和局部配置寄存器地址配置的具体方法；给出了利用安装新硬件向导安装驱动程序的方法，实现了上位机和数据输出板卡的通信。