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[導(dǎo)讀]1 硬件設(shè)計(jì)1.1 PCI總線控制芯片PCI2040PCI總線是一種不依附于某個(gè)具體處理器的局部總線,它支持32位或64位的總線寬度,頻率通常是33MHz,目前最快的PCI2.0總線工作頻率是66

1 硬件設(shè)計(jì)

1.1 PCI總線控制芯片PCI2040

PCI總線是一種不依附于某個(gè)具體處理器的局部總線,它支持32位或64位的總線寬度,頻率通常是33MHz,目前最快的PCI2.0總線工作頻率是66MHz。工作在33MHz、32位時(shí),理論上最大數(shù)據(jù)傳輸速率能達(dá)到133MB/s。它支持猝發(fā)工作方式,提高了傳輸速度,支持即插即用,PCI部件和驅(qū)動(dòng)程序可以在各種不同的平臺(tái)上運(yùn)行[1]。

實(shí)現(xiàn)PCI總線協(xié)議一般有兩種方法,一是用FPGA設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn),但PCI協(xié)議比較復(fù)雜,因此難度較大;二是采用PCI總線控制芯片,如AMCC公司的S5933、PLX公司的PCI9080等通用的PCI接口芯片。TI公司專門推出了針對(duì)PCI總線和DSP接口的芯片PCI2040[2],它不但實(shí)現(xiàn)了PCI總線控制的功能,而且提供了和DSP芯片無(wú)縫的接口,因而大大簡(jiǎn)化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜度并縮短了開發(fā)時(shí)間。

PCI2040是一個(gè)PCI-DSP橋接器件,它提供了PCI局部總線和TMS320C54X 8位主機(jī)接口(HPI)與TMS320C6X 16位主機(jī)接口的無(wú)縫連接。一片PCI2040最多能同時(shí)掛接4片DSP芯片。同時(shí),它還提供了一個(gè)串行EEPROM接口,一個(gè)通用輸入輸出接口 (GPIO)和一個(gè)16位通用總線接口(為TI JTAG測(cè)試總線控制器提供接口)[2]。PCI2040只能作為PCI目標(biāo)設(shè)備使用,不能作為PCI主設(shè)備使用;它只支持單字的讀寫,不能提供DMA操作。PCI2040能夠兼容3.3V和5V信號(hào)環(huán)境?系統(tǒng)中的3.3V和5V信號(hào)可以直接從PCI插槽中獲得。

PCI2040和TMS320C6201的接口如圖1所示。

1.2 PCI2040寄存器說明

PCI2040橋256字節(jié)的配置頭如圖2所示,HPI CSR 基地址、控制空間基地址(Control Space Base Address)值都是系統(tǒng)自動(dòng)分配的。所有的PNP器件都是如此?它將控制空間映射到主機(jī)內(nèi)存,映射的空間大小為32KB。4片DSP芯片的選擇是通過解碼PCI_AD14、PCI_AD13來實(shí)現(xiàn)的,其對(duì)應(yīng)關(guān)系如表1所示。而DSP HPI寄存器的地址則是由PCI_AD12和PCI_AD11來決定的,其對(duì)應(yīng)關(guān)系如表2所示。

圖1 PCI2040和TMS320C6201的接口

表1 DSP選擇

AD[14:13]TMS320C6x DSP

00HCS0(選擇第一塊DSP)

01HCS1(選擇第二塊DSP)

10HCS2(選擇第三塊DSP)

11HCS3(選擇第四塊DSP)

表1 HPI寄存器映射

AD[12:11]TMS320C6x HPI Register

00HPI控制寄存器

01HPI地址寄存器

10HPI自增數(shù)據(jù)寄存器

11HPI數(shù)據(jù)寄存器

 

因此,DSP與主機(jī)交換數(shù)據(jù)的過程,也就是讀寫HPI寄存器的過程。也就是說,通過主機(jī)訪問DSP板上資源,只需要將相應(yīng)地址賦予HPIA寄存器中,然后讀寫數(shù)據(jù)就可以通過HPID寄存器。具體描述如下:

(1) 初始化PCI2040內(nèi)部配置寄存器,指向特定的DSP(因?yàn)楸鞠到y(tǒng)有兩塊DSP和PCI2040相連),指定數(shù)據(jù)傳輸寬度為16位。

(2) 分配HPI CSR基地址和控制空間基地址,允許PCI2040進(jìn)行內(nèi)存映射或I/O端口映射。值得注意的是,PCI2040控制空間只能映射在主機(jī)的內(nèi)存空間里,不能映射在I/O空間。以上兩步都由驅(qū)動(dòng)程序完成。

(3) 脫離復(fù)位狀態(tài)后,PCI2040解碼從PCI總線來的地址,以此來做出響應(yīng)。若落入32KB的控制空間中,則根據(jù)PCI_AD12、PCI_AD11及PCI_AD14、PCI_AD13片選情況訪問相應(yīng)HPI寄存器。

(4)設(shè)定HPI控制寄存器中的BOB位,選擇正確的高低16位排列方式。

(5)主機(jī)開始對(duì)HPI寄存器進(jìn)行讀寫。

1.3 雙DSP系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本文所采用的雙DSP系統(tǒng)主要用來處理視頻信號(hào)及高速數(shù)據(jù)采集,該系統(tǒng)是基于TMS320C6201 DSP和PCI2040而設(shè)計(jì)的。此卡的主要功能是:(1)采集視頻信號(hào)或其他模擬信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后,交給DSP進(jìn)行相應(yīng)處理,然后將處理后的數(shù)據(jù)通過 PCI2040經(jīng)PCI總線存放在計(jì)算機(jī)硬盤上或者直接存儲(chǔ)到板上RAM中,然后通過PCI總線將視頻數(shù)據(jù)傳送到主機(jī)后顯示。(2)兩塊DSP之間的通信可以通過McBSP或雙端口RAM。

該系統(tǒng)的特點(diǎn)有:兩塊TMS320C6201 DSP,處理能力可達(dá)3200MIPS;每片C6201帶512K SBSRAM,256KB FLASH;16KB高速雙口RAM用于兩塊C6201之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換;12位ADC;32位高速FIFO。系統(tǒng)硬件框圖如圖3所示。

 

2 基于WDM的PCI驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)

WDM是新一代的驅(qū)動(dòng)程序構(gòu)架,它是一個(gè)跨平臺(tái)的驅(qū)動(dòng)程序模型,在WINDOWS 98以上的操作系統(tǒng)中都實(shí)現(xiàn)了全面兼容。不僅如此,WDM驅(qū)動(dòng)程序還可以在不修改源代碼的情況下經(jīng)過重新編譯后在非Intel平臺(tái)上運(yùn)行,因而為驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)人員提供了極大的方便。

WDM驅(qū)動(dòng)程序是分層的,即不同層上的驅(qū)動(dòng)程序有著不同的優(yōu)先級(jí),而Windows 9x下的VxD則沒有此結(jié)構(gòu)。另外,WDM還引入了功能設(shè)備對(duì)象FDO(Functional Device Object)與物理設(shè)備對(duì)象PDO(Physical Device Object)兩個(gè)新概念來描述硬件。PDO代表實(shí)際存在的硬件設(shè)備,它是在總線驅(qū)動(dòng)程序(BUS DRIVER)下枚舉并建立的,負(fù)責(zé)與真實(shí)硬件進(jìn)行I/O操作。FDO是由用戶驅(qū)動(dòng)程序建立的,一般來說,它是用戶與真實(shí)硬件進(jìn)行I/O操作的一個(gè)窗口,是Win32賴以溝通內(nèi)核的一個(gè)橋梁。對(duì)于驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)者,真正需要做的就是開發(fā)FDO。至于PDO,則由BUS DRIVER建立,并在需要的時(shí)候作為參數(shù)由I/O Manager或其它系統(tǒng)組件傳給你的FDO。

在應(yīng)用層與底層進(jìn)行通訊時(shí),操作系統(tǒng)為每一個(gè)用戶請(qǐng)求打包成一個(gè)IRP(IO Request Packet)結(jié)構(gòu),將其發(fā)送至驅(qū)動(dòng)程序,并通過識(shí)別IRP中的PDO來識(shí)別是發(fā)送給哪一個(gè)設(shè)備的。另外,WDM不是通過驅(qū)動(dòng)程序名稱,而是通過一個(gè)128位的全局惟一標(biāo)識(shí)符(GUID)來識(shí)別驅(qū)動(dòng)程序的[3]。

WDM驅(qū)動(dòng)程序都有一個(gè)初始化入口點(diǎn),即DriverEntry,它相當(dāng)于C語(yǔ)言中的main函數(shù)。當(dāng)WDM驅(qū)動(dòng)程序被裝入時(shí),內(nèi)核調(diào)用 DriverEntry例程。另外WDM設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序還需要一個(gè)即插即用模塊,即AddDevice。AddDevice例程就是PnP管理器在用戶插入新設(shè)備時(shí)調(diào)用它來創(chuàng)建WDM設(shè)備對(duì)象的。

本文主要采用Windows2000 DDK來設(shè)計(jì)該驅(qū)動(dòng)程序。調(diào)試工具為SOFTICE。驅(qū)動(dòng)程序的主要工作集中在:[!--empirenews.page--]

(1)DriverEntry(),這是驅(qū)動(dòng)程序的入口點(diǎn),驅(qū)動(dòng)程序被裝入時(shí)首先執(zhí)行DriverEntry例程。主要工作是建立驅(qū)動(dòng)程序這所需的函數(shù)。

(2)dspPciAddDevice(),在這個(gè)例程里驅(qū)動(dòng)程序主要是創(chuàng)建設(shè)備。

(3)dspPciPnp(),在這個(gè)例程中驅(qū)動(dòng)程序主要是啟動(dòng)設(shè)備和停止設(shè)備等,并且從PnP管理器讀出為雙DSP所分配的硬件資源,包括HPI CSR基地址和HPI控制空間基地址,對(duì)PCI配置空間進(jìn)行初始化。初始化中斷等。需要注意的是,在初始化中斷之前禁止卡向主機(jī)發(fā)中斷,因此應(yīng)有屏蔽中斷的操作。

(4)dspPciDeviceControl(),在這個(gè)例程中可以定制自己的函數(shù)來達(dá)到Ring3層和Ring0層相互通訊的目的。通過IOCTL_CODE可以區(qū)分不同的請(qǐng)求。

(5)Isr_Irq(),這個(gè)例程是用來處理中斷的。Windows 2000的中斷處理機(jī)制是假定多個(gè)設(shè)備可以共享一個(gè)硬件中斷。因此,Isr的首要工作就是找出哪一個(gè)設(shè)備發(fā)生了中斷。如果沒有,則應(yīng)該立刻返回 FALSE,以便HAL能把中斷送往其它設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。中斷服務(wù)例程Isr執(zhí)行在提升的IRQL上,在DIRQL級(jí)別上運(yùn)行的代碼需要盡可能快地運(yùn)行。通常情況下,若判斷中斷是由自己的設(shè)備產(chǎn)生的,則調(diào)用一個(gè)在DISPATCH_LEVEL級(jí)別上運(yùn)行的延遲過程調(diào)用(DpcFor_Irq)。

注意:當(dāng)確定是自己卡的中斷時(shí),要馬上屏蔽中斷位防止中斷再進(jìn)來,等到DpcFor_Irq的結(jié)尾處再開中斷。

3 結(jié)論

通過上述的軟硬件設(shè)計(jì),成功實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的目標(biāo)。高效的利用DSP高速處理能力。

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