PCI9052接口芯片的配置及驱动程序开发

2.1 驱动程序在操作系统体系结构中的位置

操作系统结构可分为五层模型：

(1)用户应用程序；

(2)IO管理层；

(3)驱动程序；

(4)HAL(硬件抽象层)；

(5)硬件。

图2给出了Windows2000操作系统驱动程序开发者所关心的特征，一般情况下，软件要么在用户模式中执行，要么在内核模式下执行。从驱动开发的角度上看，WDM模型为存在于Win-dows2000系统中的驱动程序提供了一个参考框架。作为Windows2000系统结构开发人员，由于操作系统为应用程序，而在驱动程序和硬件之间提供有系统服务接口和平台相关操作，因此，设计时只需要关注应用程序和设备驱动程序的开发。

2.2 设备资源

PCI设备的硬件资源分配与管理是驱动程序很重要的部分，设备的硬件资源包括内存空间、I／O空间和中断。由于PCI总线为PnP总线，PCI设备的硬件资源是由PCI配置机构动态分配给PCI配置寄存器的，因此，驱动程序首先需要取得这些资源才能操作硬件。当PnP管理器检测到PCI设备时，系统就会发送IRP_MN_START_DEVICE的IRP给驱动程序，驱动程序调用ONStartDevice以启动例程处理，并在启动例程里获取该IRP栈，同时把它包含的系统分配给该设备的资源信息。

用DriverStudio开发驱动程序时，应在Wizard中设置好PCI设备的资源。对于实际的PCI9052设备卡，其基地址寄存器0和1分别固定用于PCI9052局部寄存器的内存映射地址和I／O映射地址，基地址寄存器2则用于设备卡的内存映射地址，并使用局部中断引脚来产生PCI中断，以分别生成对应的KIoRange类、KMemoryRange类和KInterrupt类。这些配置信息由配置管理器发送到OnStartDevice中重载该成员函数，而开发者则不必再处理。在一般情况下，驱动程序无需再访问PCI设备的配置空间，如果需要访问，则可通过类KPciConfiguration，该类包含了通过向PCI总线发送渎写配置空间的IRP操作。也可定义类KRe-sourceAssignment来获取PCI的端口地址和中断号以及内存地址和大小，并把得到的资源放在用户自己定义的变量中。

2.3 WDM驱动程序对硬件资源的访问

获取设备的硬件资源以后，就可以对硬件资源进行访问了。对硬件的访问一般包括I／O端口访问和内存访问，它们分别对应PCI配置空间的I／O空间和内存空间。从图2可以看出，当应用程序需要访问设备时，它就会调用Win32API函数(如ReadFile)。Win32子系统模块通过调用平台相关的系统服务接口实现该API，而平台相关的系统服务则调用内核模式来支持例程。即在调用ReadFile函数时，首先到达系统的人口点，然后调用系统服务接口，最后由系统调用内核模式的服务例程。执行时首先检查传递给它们的参数，然后创建一个“I／O请求包(IRP)”的数据结构，并把这个数据结构送到某个驱动程序的入口点执行IRP设备驱动程序，最后再访问硬件。对于PIO方式的设备，一个IRP_MJ_READ操作将直接读取设备的端口或设备的内存寄存器。一般会使用硬件抽象层(HAL)来访问硬件。IRP贯穿于驱动程序之间，它在应用程序、驱动程序和设备之间起着桥梁作用，可称之为内核态的“消息”。驱动程序完成一个I／O操作后，可通过调用一个特殊内核模式服务例程来完成该IRP，完成操作时再处理IRP的最后工作，以它使等待的应用程序恢复运行。

用DriverStudio开发驱动程序时，可根据配置声明KIoRange类、KMemoryRange类和KInterrupt类来实现对内存空间、I／O空间、中断的操作。在本例中，基地址寄存器0和1固定用于PCI9052芯片的操作寄存器内存映射地址和I／O映射地址，基地址寄存器2则用于双口RAM的内存映射。通过一个外部引脚即可产生中断。标识两个KMem-oryRange类实例、一个KIoRange类实例和一个KInterrupt类实例的具体实现细节如下：

(1) I／O端口的访问

I／O端口的访问流程如图3所示，应用程序通过API函数DeviceIoControl的调用，并调用驱动程序的分发例程DeviceControl，同时通过KIoRange类来实现对I／O映射空间的访问。需要注意的是，当DeviceloControl异步调用的时候，必须在驱动程序中添加取消例程，并在DeviceControl例程中阻止一个应用程序对其的多次调用。KIoRange类的成员函数outb、inb、outw、inw、ind、outd可分别用于从端口读或写一个字节、字和双字数据。在WDM中，对于I／O端口，系统可将其看成寄存器，一般用于数字传输量比较小的地方。在对PCI设备的访问中，I／O端口的访问通常比较频繁。