PCI接口卡硬件与驱动程序设计.docxVIP

摘　要：介绍了一种较为通用的PCI接口卡的硬件结构，说明了硬件设计的几种可行性方案和硬件设计时需要注意的问题，同时详细地阐述了PCI设备WDM驱动程序开发的基本方法，比较了几种常用开发工具的优缺点，并对驱动程序中的PCI设备I/O端口与存储器的读写、中断处理以及应用程序与驱动程序之间多种通信方式作了详细的介绍。　　关键词：雷达模拟器；PCI接口卡；WDM驱动程序；共享内存; 中断一、引言　　目前，PCI技术已广泛应用于电子行业的各个领域，特别是在计算机控制、数据采集与传送方面，PCI技术已经成为一种非常成熟的技术。PCI插卡分为长卡与短卡，虽然长卡提供多达49平方英寸的设计空间［1］，但其物理尺寸在复杂的系统中总会受到限制，当信号处理模块需要较大空间时，制作一块很大尺寸的PCI卡插入计算机理论上没有问题，但对整体的结构会造成问题，更多的想法是设计一块PCI接口卡，使之成为计算机与信号处理板的桥梁，通过它完成计算机与信号处理板卡间的控制命令发布、数据发放和接收工作等。 二、接口卡硬件设计　　PCI规范是比较复杂的，要深入了解并应用需要较长时间，为了节省PCI产品的开发周期，推广PCI技术，已经有很多公司开发了专门针对PCI总线的产品。　　利用这些产品，针对不同的应用要求，对PCI接口卡采用不同的设计方案：①使用PCI专用接口芯片与EPLD相结合的设计方案，接口芯片很多，如AMCC公司的S5920、S5933、PLX的9052、9054、9656等，专用接口芯片完成从PCI总线到本地用户总线的转接，EPLD灵活地转换逻辑时序，以适应不同的外设;②使用PCI专用接口芯片与DSP芯片相结合的设计方案，这种方案能够利用DSP芯片编程的灵活性以及DSP芯片本身所带有的丰富资源，其外部存储器接口（EMIF）几乎可以与目前所有的存储器（SBSRAM、SDRAM、SRAM、ROM、FLASH等）直接对接；③使用专用ASIC设计方案，如网卡、Modem的设计；④仅使用可编程逻辑器件的设计方案，Xlinx的LogicCore、Alter的PCI MegaCore等就是一类专门针对PCI总线接口设计的软件模块，可以将它们模块嵌入到用户的可编程逻辑器件中完成设计。总的说来，不管是通用型PCI接口芯片还是面向某一领域的专用PCI芯片，它们都是把与PCI接口的信号做在一个芯片之中，当使用这些芯片设计PCI产品时，不必对PCI规范作全面深入理解，主要工作在于针对该芯片的功能与时序设计自己的电路。　　下面介绍一种采用第一种方案设计的PCI接口卡的硬件结构，其框图如图1所示。?　　该接口卡应用于某型雷达模拟器中，主要完成主控计算机对信号处理板加载雷达杂波和目标数据、发布主机控制命令、监控系统工作状态、实时采集目标轨迹信息等功能。我们选用AMCCS5920作为接口芯片，主要使用了S5920的Pass_Thru通道作为数据加载和接收途径，信箱Mailbox输出MD［7∶0］作为命令发布通道；EPM7128SQC100完成从S5920的Add_on用户总线与信号处理板上的多片双口存储器的时序转换，主要利用Pass_Thru通道指示输出PTNUM［2∶0］完成对多块双口存储器的选择，根据时序锁存并产生地址信息，完成地址/数据复用总线的分离等。信号处理板上由DSP芯片将双口存储器数据传送到大容量SDRAM中。　　该卡结构简单，通过可编程逻辑器件能够灵活地针对不同外设进行逻辑时序的调整，使该接口卡具有较强的通用性。电路板设计中最好选用多层布线，在布线方面注意从边缘连接器到PCI器件的引脚之间，其所有32位接口信号走线的最大长度为1.5英寸，用于64位扩展的附加信号走线长度最大为2英寸，特别注意时钟信号走线长度为2.5±0.1英寸，而且只能连接到一个负载上［1］。三、驱动程序设计　　虽然有些专用芯片带有相应的软件开发包，其中含有一些通用的驱动程序和应用程序接口，但在实际应用中往往不能做面面俱到，而且用户对自身的项目，通常会有些特殊的要求和不同工作模式，故而需要编写自己板卡的驱动程序。1. WDM模型简介　　WDM模型［2，3］（Windows Driver Model）是微软公司为当前主流操作系统Windows98和Windows 2000的驱动程序设计的一种构架，它和传统的win3.x和win95使用的VXD的驱动是完全不同的体系结构。Window2000系统结构图如图2所示，应用程序调用Windows子系统win32 API，这个调用由系统服务接口作用到I/O管理器，I/O管理器进行必要的参数匹配和操作安全性检查，然后由这个请求构造出合适的IRP(IO Request Package),它实际上是一个数据结构，具有丰富的成员，对于单层的驱动程序直接接受并执行这个请求包