摘要：介紹了在Windows2000作業系統下，使用DriverStudio軟體編寫符合WDM模式的PCI數據傳輸卡驅動程序，並詳細分析了一個應用實例。
ＰＣＩ總線規範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。在設計自行開發的基於ＰＣＩ總線的數據傳輸設備時，需要開發相應的設備驅動程序。通常開發ＰＣＩ設備驅動程序有多種模式，在Ｗｉｎｄｏｗｓ２０００環境下，主要採用ＷＤＭ模式。本文針對自行開發的基於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。
１ ＷＤＭ模式驅動程序
１．１ ＷＤＭ模式（Ｗｉｎｄｏｗｓ Ｄｒｉｖｅｒ Ｍｏｄｅｌ）
Ｗｉｎｄｏｗｓ２０００對驅動程序的編寫不再基於以往的Ｗｉｎ３．ｘ和Ｗｉｎ９ｘ下的ＶｘＤ（虛擬設備驅動程序）結構，而是基於一種新的驅動模型——ＷＤＭ（Ｗｉｎｄｏｗｓ Ｄｒｉｖｅｒ Ｍｏｄｅｌ）。
ＷＤＭ為Ｗｉｎｄｏｗｓ９８／２０００／ＸＰ作業系統的設備驅動程序的設計提供了統一的框架。ＷＤＭ來源於Ｗｉｎｄｏｗｓ ＮＴ的分層３２位設備驅動程序模型（ｌａｙｅｒｅｄ ３２－ｂｉｔ ｄｅｖｉｃｅ ｄｒｉｖｅｒ ｍｏｄｅｌ）。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
設備驅動程序是作業系統的一個組成部分，它由Ｉ／Ｏ管理器（Ｉ／Ｏ Ｍａｎａｇｅｒ）管理和調動。Ｗｉｎｄｏｗｓ２０００作業系統下的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式的請求就創建一個Ｉ／Ｏ請求包（ＩＲＰ）的數據結構，並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）來區別是發送給哪一個設備。ＩＲＰ結構中存放請求的類型、用戶緩衝區的首地址、用戶請求數據的長度等信息。驅動程序處理完這個請求後，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，用戶應用程式的請求隨即返回。訪問硬體時，驅動程序通過調用硬體抽象層的函數實現。
１．３ ＤｒｉｖｅｒＳｔｕｄｉｏ工具簡介
ＮｕＭｅｇａ Ｌａｂ公司開發的ＤｒｉｖｅｒＳｔｕｄｉｏ是一整套開發、調試和檢測Ｗｉｎｄｏｗｓ平台下設備驅動程序的工具軟體包。它把ＤＤＫ（Ｄｅｖｉｃｅ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｋｉｔ）封裝成完整的Ｃ＋＋函數庫，根據具體硬體通過嚮導生成框架代碼，並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專用接口晶片ＰＣＩ９０５２設計了一個數據傳輸控制卡。卡上主要的晶片有ＰＣＩ９０５２、ＦＩＦＯ（ＣＹ７Ｃ４２２１）、ＣＰＬＤ（ＭＡＸ７０６４Ｓ）和Ａ／Ｄ轉換器（ＭＡＸ１１９７）。傳輸卡硬體框圖如圖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，並顯示在監視器上。驅動程序必須實現如下幾個基本功能：（１）硬體中斷；（２）能支持應用程式獲取數據；（３）能根據外部ＦＩＦＯ（ＣＹ７Ｃ４２２１）的狀態啟動或停止突發傳輸。
在數據輸入過程中，最重要的是對數據進行實時控制，因此需要硬體中斷。在中斷程序中，根據外部ＦＩＦＯ狀態完成數據的讀入。
２．１ 用ＤｒｉｖｅｒＷｉｚａｒｄ生成驅動程序框架
ＤｒｉｖｅｒＳｔｕｄｉｏ中的ＤｒｉｖｅｒＷｏｒｋｓ軟體為開發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嚮導工具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於設備的特定代碼，編譯後即可得到所需的驅動程序。
在利用ＤｒｉｖｅｒＷｏｒｋｓ Ｖ２．７的嚮導Ｄｒｉｖｅｒ Ｗｉｚａｒｄ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，並在ＶｅｎｄｏｒＩＤ和ＤｅｖｉｃｅＩＤ中分別輸入廠商號和設備號，還需填入ＰＣＩ Ｓｕｂｓｙｓｔｅｍ ＩＤ和ＰＣＩ Ｒｅｖｉｓｉｏｎ ＩＤ。這四項可以用網上的免費軟體ＰＣＩＴｒｅｅ或ＰＣＩＶｉｅｗ瀏覽ＰＣＩ設備，用這兩個軟體也可以得到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（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ＰＣＩ Ｂａｓｅ Ａｄｄｒｅｓｓ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，選中創建中斷服務程序ＩＳＲ?穴Ｃｒｅａｔｅ ＩＳＲ?雪，不選創建延遲程序調用ＤＰＣ（Ｃｒｅａｔｅ ＤＰＣ），選中Ｍａｋｅ ＩＳＲ／ＤＰＣ ｃｌａｓｓ ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ，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，用於描述與Ｉ／Ｏ操作相關的數據緩衝區。本設計需要快速傳送大量數據，因此採用Ｄｉｒｅｃｔ Ｉ／Ｏ方式。
（４）在第十步中，需要加入與應用程式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埠模塊、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＃ｐｒａｇｍａ ｃｏｄｅ＿ｓｅｇ（″ＩＮＴ″）和＃ｐｒａｇｍ
ＰＣＩ總線規範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。在設計自行開發的基於ＰＣＩ總線的數據傳輸設備時，需要開發相應的設備驅動程序。通常開發ＰＣＩ設備驅動程序有多種模式，在Ｗｉｎｄｏｗｓ２０００環境下，主要採用ＷＤＭ模式。本文針對自行開發的基於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。
１ ＷＤＭ模式驅動程序
１．１ ＷＤＭ模式（Ｗｉｎｄｏｗｓ Ｄｒｉｖｅｒ Ｍｏｄｅｌ）
Ｗｉｎｄｏｗｓ２０００對驅動程序的編寫不再基於以往的Ｗｉｎ３．ｘ和Ｗｉｎ９ｘ下的ＶｘＤ（虛擬設備驅動程序）結構，而是基於一種新的驅動模型——ＷＤＭ（Ｗｉｎｄｏｗｓ Ｄｒｉｖｅｒ Ｍｏｄｅｌ）。
ＷＤＭ為Ｗｉｎｄｏｗｓ９８／２０００／ＸＰ作業系統的設備驅動程序的設計提供了統一的框架。ＷＤＭ來源於Ｗｉｎｄｏｗｓ ＮＴ的分層３２位設備驅動程序模型（ｌａｙｅｒｅｄ ３２－ｂｉｔ ｄｅｖｉｃｅ ｄｒｉｖｅｒ ｍｏｄｅｌ）。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
設備驅動程序是作業系統的一個組成部分，它由Ｉ／Ｏ管理器（Ｉ／Ｏ Ｍａｎａｇｅｒ）管理和調動。Ｗｉｎｄｏｗｓ２０００作業系統下的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式的請求就創建一個Ｉ／Ｏ請求包（ＩＲＰ）的數據結構，並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）來區別是發送給哪一個設備。ＩＲＰ結構中存放請求的類型、用戶緩衝區的首地址、用戶請求數據的長度等信息。驅動程序處理完這個請求後，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，用戶應用程式的請求隨即返回。訪問硬體時，驅動程序通過調用硬體抽象層的函數實現。
１．３ ＤｒｉｖｅｒＳｔｕｄｉｏ工具簡介
ＮｕＭｅｇａ Ｌａｂ公司開發的ＤｒｉｖｅｒＳｔｕｄｉｏ是一整套開發、調試和檢測Ｗｉｎｄｏｗｓ平台下設備驅動程序的工具軟體包。它把ＤＤＫ（Ｄｅｖｉｃｅ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｋｉｔ）封裝成完整的Ｃ＋＋函數庫，根據具體硬體通過嚮導生成框架代碼，並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專用接口晶片ＰＣＩ９０５２設計了一個數據傳輸控制卡。卡上主要的晶片有ＰＣＩ９０５２、ＦＩＦＯ（ＣＹ７Ｃ４２２１）、ＣＰＬＤ（ＭＡＸ７０６４Ｓ）和Ａ／Ｄ轉換器（ＭＡＸ１１９７）。傳輸卡硬體框圖如圖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，並顯示在監視器上。驅動程序必須實現如下幾個基本功能：（１）硬體中斷；（２）能支持應用程式獲取數據；（３）能根據外部ＦＩＦＯ（ＣＹ７Ｃ４２２１）的狀態啟動或停止突發傳輸。
在數據輸入過程中，最重要的是對數據進行實時控制，因此需要硬體中斷。在中斷程序中，根據外部ＦＩＦＯ狀態完成數據的讀入。
２．１ 用ＤｒｉｖｅｒＷｉｚａｒｄ生成驅動程序框架
ＤｒｉｖｅｒＳｔｕｄｉｏ中的ＤｒｉｖｅｒＷｏｒｋｓ軟體為開發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嚮導工具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於設備的特定代碼，編譯後即可得到所需的驅動程序。
在利用ＤｒｉｖｅｒＷｏｒｋｓ Ｖ２．７的嚮導Ｄｒｉｖｅｒ Ｗｉｚａｒｄ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，並在ＶｅｎｄｏｒＩＤ和ＤｅｖｉｃｅＩＤ中分別輸入廠商號和設備號，還需填入ＰＣＩ Ｓｕｂｓｙｓｔｅｍ ＩＤ和ＰＣＩ Ｒｅｖｉｓｉｏｎ ＩＤ。這四項可以用網上的免費軟體ＰＣＩＴｒｅｅ或ＰＣＩＶｉｅｗ瀏覽ＰＣＩ設備，用這兩個軟體也可以得到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（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ＰＣＩ Ｂａｓｅ Ａｄｄｒｅｓｓ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，選中創建中斷服務程序ＩＳＲ?穴Ｃｒｅａｔｅ ＩＳＲ?雪，不選創建延遲程序調用ＤＰＣ（Ｃｒｅａｔｅ ＤＰＣ），選中Ｍａｋｅ ＩＳＲ／ＤＰＣ ｃｌａｓｓ ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ，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，用於描述與Ｉ／Ｏ操作相關的數據緩衝區。本設計需要快速傳送大量數據，因此採用Ｄｉｒｅｃｔ Ｉ／Ｏ方式。
（４）在第十步中，需要加入與應用程式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埠模塊、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＃ｐｒａｇｍａ ｃｏｄｅ＿ｓｅｇ（″ＩＮＴ″）和＃ｐｒａｇｍ
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