利用WinDriver開(kāi)發(fā)PCI設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序

摘要：WinDriver是一套PCI驅(qū)動(dòng)程序開(kāi)發(fā)包。它改變了傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)程序開(kāi)發(fā)的方法與思路，極在地簡(jiǎn)化了驅(qū)動(dòng)程序的編制；同時(shí)，又沒(méi)有犧牲驅(qū)動(dòng)程序的性能，是一套高效、快捷的PCI驅(qū)動(dòng)程序開(kāi)發(fā)軟件包。特別適合專業(yè)硬件人員的使用。

WinDriver是Jungo公司出版的一個(gè)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序開(kāi)發(fā)組件，它可以大大加速PCI設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的開(kāi)發(fā)。作者在實(shí)際的項(xiàng)目中采用了WinDriver來(lái)開(kāi)發(fā)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，取得了相當(dāng)好的運(yùn)行效果。從目前國(guó)內(nèi)的資料上來(lái)看，大多數(shù)設(shè)計(jì)人員還是在用DDK、Wtools開(kāi)發(fā)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，因而作者覺(jué)得有必要向大家介紹與推薦這個(gè)軟件。

WinDriver是一套設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序開(kāi)發(fā)組件，它的目的就是方便Windows程序員快速開(kāi)發(fā)出PCI/ISA設(shè)備的Windows驅(qū)動(dòng)程序（目前最新的版本V4.32還支持PCMCIA、USB設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序的開(kāi)發(fā)，并且除了支持Windows9X/NT系統(tǒng)外，還有支持Unix、Windows CE的版本推出）。利用WinDriver開(kāi)發(fā)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，不需要熟悉操作系統(tǒng)的內(nèi)核，整個(gè)驅(qū)動(dòng)程序中的所有函數(shù)都是工作在用戶態(tài)下的，通過(guò)與WinDriver的.Vxd或者.Sys文件交互來(lái)達(dá)到驅(qū)動(dòng)硬件的目的。由于是一個(gè)用戶態(tài)程序，效率的高低也就成了人們選擇WinDriver時(shí)關(guān)心的一個(gè)問(wèn)題。大量實(shí)踐數(shù)據(jù)表明，WinDriver并沒(méi)有通過(guò)犧牲系統(tǒng)性能來(lái)?yè)Q取驅(qū)動(dòng)程序的快速開(kāi)發(fā)，的確是一個(gè)“像開(kāi)發(fā)用戶態(tài)程序那樣簡(jiǎn)單，像核心態(tài)程序那樣高效”[1]的開(kāi)發(fā)工具。

1 WinDriver主要特征

　　·提供了從用戶層訪問(wèn)硬件的簡(jiǎn)單方法；

　　·能夠方便地將性能要求特別苛刻的部分通過(guò)Windriver提供的API插入到核心態(tài)模式運(yùn)行，提高執(zhí)行效率；

　　·對(duì)主流PCI接口芯片（AMCC、PLX、V3系列）提供了很好的支持；

　　·可以利用常見(jiàn)的軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)（Visual C++、Borland C++、VB4、Java、Delphi）；

　　·支持I/O、DMA、中斷處理，支持PCI、ISA、EISA設(shè)備的開(kāi)發(fā)；

　　·無(wú)需DDK以及核心態(tài)程序開(kāi)發(fā)的經(jīng)驗(yàn)。

2 開(kāi)發(fā)步驟

　　a.根據(jù)WinDriver的文檔，建議開(kāi)發(fā)步驟如下：

　　·修改代碼，加入定制功能；

　　·在用戶態(tài)執(zhí)行與調(diào)試代碼；

　　·將性能苛刻部分插入到核心態(tài)；

b.我們?cè)趯?shí)際編寫驅(qū)動(dòng)程序的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，完全用WinDriver提供API來(lái)寫驅(qū)動(dòng)程序比在Wizard生成的框架代碼上修改更為靈活。一般來(lái)說(shuō)，PCI驅(qū)動(dòng)程序分成3個(gè)部分：初始化部分，對(duì)硬件資源的訪問(wèn)函數(shù)庫(kù)、具體調(diào)用部分。其中，后面兩個(gè)部分對(duì)于不同的硬件都是基本一致的。比如說(shuō)，我們先后開(kāi)發(fā)的基于AMCC5933與PLX9052的PCI接口卡，對(duì)于他們的硬件資源訪問(wèn)，用的都是WinDriver下面相同的API；兩者開(kāi)發(fā)的不同只在于初始化時(shí)對(duì)于硬件資源的鎖定。所以只要開(kāi)發(fā)出了針對(duì)一種接口芯片的系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)代碼后，以后一般只要修改接口芯片的ID值及一些寄存器的偏移值，就能夠移植了，比每次生成不同的框架代碼再改動(dòng)也許要更簡(jiǎn)便。

3 實(shí)例分析

整個(gè)驅(qū)動(dòng)程序的結(jié)構(gòu)大致如下：

　　·打開(kāi)WinDriver設(shè)備；

　　·查找我們要訪問(wèn)的PCI設(shè)備；

　　·枚舉該設(shè)備的資源（內(nèi)存、I/O、中斷）；

　　·鎖定該設(shè)備的資源只能為我們所用，不能被其他程序訪問(wèn)；

　　·訪問(wèn)板上的資源；

　　·解鎖資源；

　　·關(guān)閉WinDriver設(shè)備。

以下為一段使用WinDriver開(kāi)發(fā)的AMCC5933DMA的驅(qū)動(dòng)代碼，利用這個(gè)程序來(lái)演示W(wǎng)inDriver的程序結(jié)構(gòu)。這個(gè)程序只要稍加修改，就可以用來(lái)作為其他PCI卡的驅(qū)動(dòng)程序的一部分，例如PLX9050、9054。為了節(jié)省篇幅，省略了變量說(shuō)明部分。程序中出現(xiàn)的變量大都由其名稱可以反映含義，具體可以參見(jiàn)WinDriver的設(shè)計(jì)文檔中的說(shuō)明。

　　hWD=WD_Open(); //打開(kāi)WinDriver設(shè)備，每次使用前必須調(diào)用；

　　pciScan.searched.dwVendorId=0x10e8; //AMCC公司供貨號(hào)

　　pciScan.searched.dwDeviceId=0x4750; //AMCC5933的設(shè)備號(hào)

　　WD_PciScanCards (hWD,&pciSxcan); //枚舉PCI槽上的設(shè)備

　　pciSlot =pciScan.cardSilt[0]; //假設(shè)只有我們一個(gè)設(shè)備得到設(shè)備槽的號(hào)碼

　　pciCardInfo.pciSlot=pciSlot;

　　WD_PciGetCardInfo(hWD,&pciCardInfo); //得到該設(shè)備槽上的設(shè)備信息

　　Card=pciCardInfo.Card; //Card為一個(gè)反映PCI卡上資源的結(jié)構(gòu)

　　cardReg.Card=Card;

　　WD_CardRegister(hWD,&cardReg); //向核心態(tài)登記，鎖定卡上資源

　　Item=Card.Item[2]; //將卡上的號(hào)為2的資源賦給Item

　　if(Item.item==ITEM_MEMORY)

　　{

　　regAddr=Item.I.Mem.dwUserDirectAddr; //得到PCI卡上的內(nèi)存映射到用戶態(tài)的地址

　　}

　　Dma1.dwBytes=4*dwDWord;

　　Dma1.pUserAddr=pBuffer1;

　　Dma1.dwOptiONs=0;

　　WD_DMALock(hWD,&Dma1); //鎖定用于DMA的內(nèi)存資源

至此與PCI卡上的內(nèi)存進(jìn)行DMA傳輸?shù)臏?zhǔn)備已經(jīng)完成，下面只要寫相應(yīng)的控制字就可以啟動(dòng)DMA操作了。

4 常見(jiàn)問(wèn)題的解答

（1）評(píng)估版本的功能限制及其解決

評(píng)估版本除了30天的限制外，與正式版本相比還有3個(gè)限制。其中影響最大的是所有的關(guān)閉函數(shù)（DMA鎖定內(nèi)存的解鎖，資源的關(guān)閉…）都加了延時(shí)。這樣我們?cè)谧鰯?shù)據(jù)采集卡的驅(qū)動(dòng)程序時(shí)就要注意，最好只分配一次資源。比如說(shuō)做DMA操作，不要反復(fù)地鎖定內(nèi)存，這樣會(huì)在解鎖時(shí)損失效率。一個(gè)折衷的方法是鎖定DMA內(nèi)存后，一旦這塊內(nèi)存寫滿后，就將其中數(shù)據(jù)拷到用戶態(tài)程序分配的大內(nèi)存中去。

（2）用WinDriver開(kāi)的程序效率

在使用WinDriver或者VxdTools這類工具時(shí)，大家最關(guān)心的一個(gè)問(wèn)題可能就是效率問(wèn)題。從實(shí)踐與分析來(lái)看，WinDriver生成的驅(qū)動(dòng)代碼的效率相當(dāng)?shù)馗摺１热鏟CI卡的高速數(shù)據(jù)采集涉及到DMA的應(yīng)用，WinDriver提供相應(yīng)的API來(lái)將卡上的內(nèi)存映射到用戶態(tài)程序所能直接訪問(wèn)的地址空間中，然后直接對(duì)這個(gè)映射后得到的地址進(jìn)行DMA操作。也就是說(shuō)，與用DDK來(lái)直接編寫驅(qū)動(dòng)程序的區(qū)別就在于地址映射的操作上，在這部分工作上面，用WinDriver的API肯定沒(méi)有直接用DDK寫的專門面向特定硬件優(yōu)化的代碼來(lái)得高效。但是這部分代碼實(shí)際上屬于初始化工作，這部分的效率高低事實(shí)上并不會(huì)影響總體上的效率。

實(shí)際中，用WinDriver編寫的PCI驅(qū)動(dòng)程序在賽揚(yáng)466、64M內(nèi)存的機(jī)器上，在8位模式下可以穩(wěn)定地采集4～8Mbytes/s的數(shù)據(jù)。而且隨著硬件設(shè)計(jì)的改變，肯定還有提高余地。

經(jīng)過(guò)實(shí)際應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)WinDriver這個(gè)軟件使用快速，無(wú)論是開(kāi)發(fā)效率還是實(shí)際達(dá)到的性能指標(biāo)都相當(dāng)令人滿意。特別對(duì)于硬件開(kāi)發(fā)人員來(lái)說(shuō)，可以不必了解繁瑣的操作系統(tǒng)的內(nèi)核知識(shí)，就可以快速地開(kāi)發(fā)出驅(qū)動(dòng)程序，對(duì)于調(diào)試硬件是一個(gè)很好的幫助工具。