利用WinDriver开发PCI设备驱动程序 Windows, 程序开发, 程序员, 软件, 项目

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WinDriver是Jungo公司出版的一个设备驱动程序开发组件,它可以大大加速PCI设备驱动程序的开发。作者在实际的项目中采用了WinDriver来开发设备驱动程序,取得了相当好的运行效果。从目前国内的资料上来看,大多数设计人员还是在用DDK、Vtools开发设备驱动程序,因而作者觉得有必要向大家介绍与推荐这个软件。WinDriver是一套设备驱动程序开发组件,它的目的就是方便Windows程序员快速开发出PCI/ISA设备的Windows驱动程序(目前最新的版本V4.32还支持PCMCIA、USB设备的驱动程序的开发,并且除了支持Windows9X/NT系统外,还有支持Unix、WindowsCE的版本推出)。利用WinDriver开发设备驱动程序,不需要熟悉操作系统的内核,整个驱动程序中的所有函数都是工作在用户态下的,通过与WinDriver的.Vxd或者.Sys文件交互来达到驱动硬件的目的。由于是一个用户态程序,效率的高低也就成了人们选择WinDriver时关心的一个问题。大量实践数据表明,WinDriver并没有通过牺牲系统性能来换取驱动程序的快速开发,的确是一个“像开发用户态程序那样简单,像核心态程序那样高效”[1]的开发工具。
图1是WinDriver的体系结构图。


1 WinDriver主要特征
　　·提供了从用户层访问硬件的简单方法;
　　·能够方便地将性能要求特别苛刻的部分通过Windriver提供的API插入到核心态模式运行,提高执行效率;
　　·对主流PCI接口芯片(AMCC、PLX、V3系列)提供了很好的支持;
　　·可以利用常见的软件开发平台(Visual C++、Borland C++、VB4、Java、Delphi);
　　·支持I/O、DMA、中断处理,支持PCI、ISA、EISA设备的开发;
　　·无需DDK以及核心态程序开发的经验。
2 开发步骤
a.根据WinDriver的文档,建议开发步骤如下:
　　· 打开WinDriver  Wizard,利用Wizard来分析待开发驱动程序的卡,然后自动生成驱动程序的框架代码;
　　· 修改代码,加入定制功能;
　　· 在用户态执行与调试代码;
　　· 将性能苛刻部分插入到核心态;
b.我们在实际编写驱动程序的过程中发现,完全用WinDriver提供的API来写驱动程序比在Wizard生成的框架代码上修改更为灵活。一般来说,PCI驱动程序分成3个部分:初始化部分,对硬件资源的访问函数库、具体调用部分。其中,后面两个部分对于不同的硬件都是基本一致的。比如说,我们先后开发的基于AMCC5933与PLX9052的PCI接口卡,对于他们的硬件资源访问,用的都是WinDriver下面相同的API;两者开发的不同只在于初始化时对于硬件资源的锁定。所以只要开发出了针对一种接口芯片的系统的驱动代码后,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，就能够移植了,比每次生成不同的框架代码再改动也许要更简便。
3 实例分析
整个驱动程序的结构大致如下：
    · 打开WinDriver设备；
    · 查找我们要访问的PCI设备；
    · 枚举该设备的资源(内存、I/O、中断);
　　· 锁定该设备的资源只能为我们所用，不能被其他程序访问;
　　· 访问板上的资源;
　　· 解锁资源;
　　· 关闭WinDriver设备。
以下为一段使用WinDriver开发的AMCC5933DMA的驱动代码,利用这个程序来演示WinDriver的程序结构。这个程序只要稍加修改,就可以用来作为其他PCI卡的驱动程序的一部分,例如PLX9050、9054。为了节省篇幅,省略了变量说明部分。程序中出现的变量大都由其名称可以反映含义,具体可以参见WinDriver的设计文档中的说明。
　　hWD=WD_Open();             　　　　　　   //打开WinDriver设备,每次使用前必须调用;
　　pciScan.searchId.dwVendorId=0x10e8；      //AMCC公司供货号
　　pciScan.searchId.dwDeviceId=0x4750；
                                              //AMCC5933的设备号
　　WD_PciScanCards (hWD， &pciScan)；
                                              //枚举PCI槽上的设备
　　pciSlot=pciScan.cardSlot[0]；　　　　　   //假设只有我们一个设备,得到设备槽的号码
　　pciCardInfo.pciSlot=pciSlot；　
　　WD_PciGetCardInfo(hWD，&pciCardInfo)； 　//得到该设备槽上的设备信息
　　Card=pciCardInfo.Card；    　　　　　　　 //Card为一个反映PCI卡上资源的结构
　　cardReg.Card=Card；
　　WD_CardRegister(hWD，&cardReg)；         //向核心态登记,锁定卡上资源
　　Item=Card.Item[2]；     　　　　　　　    //将卡上的号为2的资源赋给Item
　　if(Item.item==ITEM_MEMORY)
　　{
    regAddr=Item.I.Mem.dwUserDirectAddr；  //得到PCI卡上的内存映射到用户态的地址
    }
    Dma1.dwBytes=4*dwDWord；
    Dma1.pUserAddr=pBuffer1；
    Dma1.dwOptions=0；
    WD_DMALock(hWD，&Dma1)；               //锁定用于DMA的内存资源
    至此与PCI卡上的内存进行DMA传输的准备已经完成,下面只要写相应的控制字就可以启动DMA操作了。
4 常见问题的解答
(1)评估版本的功能限制及其解决
评估版本除了30天的限制外，与正式版本相比还有3个限制。其中影响最大的是所有的关闭函数(DMA锁定内存的解锁,资源的关闭...)都加了延时。这样我们在做数据采集卡的驱动程序时就要注意,最好只分配一次资源。比如说做DMA操作,不要反复地锁定内存,这样会在解锁时损失效率。一个折衷的方法是锁定DMA内存后,一旦这块内存写满后,就将其中数据拷到用户态程序分配的大内存中去。
(2)用WinDriver开发的程序效率
在使用WinDriver或者VxdTools这类工具时,大家最关心的一个问题可能就是效率问题。从实践与分析来看,WinDriver生成的驱动代码的效率相当地高。比如PCI卡的高速数据采集涉及到DMA的应用,WinDriver提供了相应的API来将卡上的内存映射到用户态程序所能直接访问的地址空间中,然后直接对这个映射后得到的地址进行DMA操作。也就是说,与用DDK来直接编写驱动程序的区别就在于地址映射的操作上,在这部分工作上面,用WinDriver的API肯定没有直接用DDK写的专门面向特定硬件优化的代码来得高效。但是这部分代码实际上属于初始化工作,这部分的效率高低事实上并不会影响总体上的效率。
实际中,用WinDriver编写的PCI驱动程序在赛扬466、64M内存的机器上,在8位模式下可以稳定地采集4~8Mbytes/s的数据。而且随着硬件设计的改变,肯定还有提高余地。
经过实际应用,发现WinDriver这个软件使用快速,无论是开发效率还是实际达到的性能指标都相当令人满意。特别对于硬件开发人员来说,可以不必了解繁琐的操作系统的内核知识,就可以快速地开发出驱动程序,对于调试硬件是一个很好的帮助工具。