1、PCI設備驅動開發pci設備驅動開發2008-08-28 13:07PCI簡介PCI總線標準是一種將系統外部設備連接起來的總線標準，是PC中最重要的總線，實際上是系統的各個 部分如何交互的接口。傳輸速率可達到133MB/S。在當前的PC體系結構中，幾乎所有的外部設備采用 的各種各樣的接口總線，均是通過橋接電路掛接到PCI系統上。在這種PCI系統中，Host/PCI橋稱為 北橋，連接主處理器總線到基礎PCI局部總線。PCI與其他總線的接口稱為南橋，其中南橋還通常含有 中斷控制器、IDE控制器、USB控制器和DMA控制器等。南橋和北橋組成主板的芯片組。PCI配置空間每個PCI設備都有自己的配置空間

2、，用于支持即插即用，使之滿足現行的系統配置結構。下面對PCI配置 空間做一下簡要介紹。配置空間是一容量為256字節并具有特定結構的地址空間。這個空間又分為頭標區和設備有關區兩部分。 頭標區的長度是64字節，每個設備都必須配置該區的寄存器。該區中的各個字段用來唯一地識別設備。其 余的192字節因設備而異。配置空間的頭標區64個字節的使用情況如圖1示。為了實現即插即用，系統可根據硬件資源的使用情況，為PCI設備分配新的資源。因此編寫設備驅動程序 重點是獲得基址寄存器(Base Address)和中斷干線寄存器的內容。配置空間共有六個基址寄存器和一個 中斷干線寄存器，具體用法如下：PCI Base

3、Address 0寄存器：系統利用此寄存器為PCI接口芯片的配置寄存器分配一段PCI地址空間，通 過這段地址我們可以以內存映射的形式訪問PCI接口芯片的配置寄存器。PCI Base Address 1寄存器：系統利用此寄存器為PCI接口芯片的配置寄存器分配一段PCI地址空間，通 過這段地址我們可以以I/O的形式訪問PCI接口芯片的配置寄存器。PCI Base Address 2、3、4、5寄存器：系統BIOS利用這些寄存器分配PCI地址空間以支持PCI接口芯 片的局部配置寄存器0、1、2、3的訪問。在所有基址寄存器中，第0位均為只讀位，表示這段地址映射到存儲器空間還是I/O空間，如果是T表示

4、映射到I/O空間，如果是“0”則表示映射到存儲器空間。中斷干線寄存器(Interrupt Line):用于說明中斷線的連接情況，這個寄存器的值與標準8259的舊Q編 號(015)對應。Byte3Byte2Byte1Byte0Device IDVendor IDPCI StatusPCI CommandClass CodeRevision IDBuilt-In Self TestHeader TypeLatency TimerCacheLine SizeBase Address Register 0 5Reserved SpaceReserved SpaceExpansion ROM Base

5、Address Reserved Space Reserved SpaceMax. Latency Min. Grant Interrupt Pin Interrupt Line表1 PCI配置空間3.設備初始化PCI設備驅動程序要完成識別PCI器件、尋找PCI硬件的資源和對PCI器件中斷的服務。在驅動程序初 始化過程中，使用HalGetBusData()函數完成尋找PCI設備的工作。在初始化過程中，使用器件識別號 (Device ID)和廠商識別號(Vendor ID)，通過遍歷總線上的所有設備，尋找到指定的PCI設備，并獲 取設備的總線號，器件號與功能號。通過這些配置信息，可以在系統中尋址

6、該設備的資源配置列表。在此之后，驅動程序需要從配置空間獲取硬件的參數。PCI設備的中斷號、端口地址的范圍(I/O)方式、 存儲器的地址與映射方式等，都可以從硬件資源列表數據結構中獲取。在Windows NT中，調用 HalAssignSlotResources()函數來獲得指定設備的資源列表數據結構指針，然后通過遍歷該列表中的所 有資源描述符，獲取該設備的I/O端口基地址與長度，中斷的中斷級、中斷向量與模式，存儲器基地址與 長度等硬件資源數據。我們設計的DMA通信采用總線主控方式進行通信，在設備初始化時需要對DMA適 配器進行初始化，使用HalGetAdapter()獲得操作系統分配的適配器對

7、象指針。示例代碼如下：/ 遍歷總線，獲得指定設備的總線號，器件號與功能號for ( busNumber = 0; busNumber MAX_PCI_BUSES; busNumber+ )(for ( deviceNumber = 0;deviceNumber PCI_MAX_DEVICES;deviceNumber+ )(slotNumber.u.bits.DeviceNumber = deviceNumber;for ( functionNumber = 0; functionNumber BusNumber = busNumber; pPciDeviceLocation-SlotNumb

8、er = slotNumber; pPciDeviceLocation = &PciDeviceList-List+count; status = STATUS_SUCCESS; /獲取設備的資源列表數據指針 status = HalAssignSlotResources(RegistryPath, &pDevExt-ClassUnicodeString, DriverObject, DeviceObject, pDevExt-InterfaceType, pDevExt-BusNumber, pDevExt-SlotNumber, &pCmResourceList );I/O端口訪問在PC機

9、上，I/O尋址方式與內存尋址方式不同，所以處理方法也不同。I/O空間是一個64K字節的尋址空 間，I/O尋址沒有實模式與保護模式之分，在各種模式下尋址方式相同。在Windows NT下，系統不允許 處于Ring3級的用戶程序和用戶模式驅動程序直接使用I/O指令，對I/O端口進行訪問，任何對I/O的操作 都需要借助內核模式驅動來完成。在訪問I/O端口時，使用READ_PORT_XXX與WRITE_PORT_XXX 函數來進行讀寫。I/O端口基地址使用從配置空間基址寄存器PCI Base Address 1中返回的I/O端口基地 址。示例代碼如下：RegValue = READ_PORT_ULON

10、G(pBaseAddr+RegOffSet); WRITE_PORT_ULONG(pBaseAddr+ RegOffset, RegValue);設備內存訪問Winsows工作在32位保護模式下，保護模式與實模式的根本區別在于CPU尋址方式上的不同，這也是 Windows驅動程序設計中需要著重解決的問題。Windows采用了分段、分頁機制，使得一個程序可以很 容易地在物理內存容量不一樣的、配置范圍差別很大的計算機上運行，編程人員使用虛擬存儲器可以寫出 比任何實際配置的物理存儲器都大得多的程序。每個虛擬地址由16位的段選擇字和32位段偏移量組成。 通過分段機制，系統由虛擬地址產生線性地址。再通過

11、分頁機制，由線性地址產生物理地址。線性地址被 分割成頁目錄(Page Directory)、頁表(Page Table)和頁偏移(Offset)三個部分。當建立一個新的Win32進 程時，操作系統會為它分配一塊內存，并建立它自己的頁目錄、頁表，頁目錄的地址也同時放入進程的現 場信息中。當計算一個地址時，系統首先從CPU控制器CR3中讀出頁目錄所在的地址，然后根據頁目錄 得到頁表所在的地址，再根據頁表得到實際代碼/數據頁的頁幀，最后再根據頁偏移訪問特定的單元。硬 件設備讀寫的是物理內存，但應用程序讀寫的是虛擬地址，所以存在著將物理內存地址映射到用戶程序線 性地址的問題。從物理內存到線性地址的轉換

12、是驅動程序需要完成的工作，可以在初始化驅動程序的進行。在已經獲得設 備的存儲器基地址后，首先調用HalTranslateBusAddress()函數將總線相關的內存地址轉換成系統的物理 地址，然后調用MmMapIoSpace()函數將系統的物理地址映射到線性地址空間。在需要訪問設備內存時， 調用READ_REGISTER_XXX()與WRITE_REGISTER_XXX ()函數來進行，基地址使用前面映射后的線性地址。在設備卸載時，調用MmUnmapIoSpace()斷開設備內存與線性地址空間的映射。示例代碼如下：HalTranslateBusAddress(InterfaceType,Bus

13、Number,BaseAddress-RangeStart,&addressSpace,&cardAddress)BaseAddress-MappedRangeStart = MmMapIoSpace(cardAddress,BaseAddress-RangeLength,MmCached);RegValue = READ_REGISTER_ULONG(pRegister);WRITE_REGISTER_ULONG(pRegister, pInBuf-RegValue);MmUnmapIoSpace(pBaseAddress-MappedRangeStart, pBaseAddress-Ran

14、geLength );中斷處理中斷的設置、響應與調用在驅動程序中完成。設置中斷應該在設備創建時完成，使用從CmResourceTypeInterrupt描述符中提取的參數，先調用HalGetInterruptVector()將與總線有關的中斷向量參數轉換為系統的中斷向量，然后調用IoConnectInterrupt()指定中斷服務，注冊中斷服務函數ISR (Interrupt Service Routine)的函數指針。當硬件設備產生中斷時，系統會自動調用ISR函數來響應中斷。ISR函數運行的中斷請求級較高，主要完 成對硬件設備中斷的清除，不適合執行過多的代碼。在傳輸大塊數據時，需要使用延遲過

15、程調用(Delay Process Call，DPC)機制。例如，使用PCI設備進行DMA通信時，在ISR函數中完成對指定設備中斷 的判斷以及清除中斷，在退出ISR前，調用DPC函數；在DPC函數中，完成DMA通信的過程，并將數 據返回給用戶程序。示例代碼如下：DeviceExtension-InterruptLevel = partialData-u.Interrupt.Level;DeviceExtension-InterruptVector = partialData-u.Interrupt.Vector;DeviceExtension-InterruptAffinity = parti

16、alData-u.Interrupt.Affinity;if (partialData-Flags & CM_RESOURCE_INTERRUPT_LATCHED)(DeviceExtension-InterruptMode = Latched;else(DeviceExtension-InterruptMode = LevelSensitive;vector = HalGetInterruptVector(pDevExt-InterfaceType, pDevExt-BusNumber,pDevExt-InterruptLevel,pDevExt-InterruptVector,&irql,

17、&affinity)；status = IoConnectInterrupt(&pDevExt-InterruptObject,(PKSERVICE_ROUTINE)PciDmaISR,DeviceObject,NULL,vector,irql,irql,pDevExt-InterruptMode,TRUE,affinity,FALSE)；7. DMA通信過程DMA通信在驅動程序中實現，需要多個例程才能完成一次DMA通信。DriverEntry 例程構造DEVICE_DESCRIPTION結構，并調用HalGetAdapter，找到與設備關聯的Adapter對象，并將返回的Adapter對象的

18、地址和映射寄存器的數目保存在設備擴展的數據結構中。示例代碼：/申請DMA的適配器對象deviceDescription.Version = DEVICE_DESCRIPTION_VERSION;deviceDescription.Master = TRUE;deviceDescription.ScatterGather = pDevExt-ScatterGather;deviceDescription.DemandMode = FALSE;deviceDescription.AutoInitialize = FALSE;deviceDescription.Dma32BitAddresses =

19、 TRUE;deviceDescription.BusNumber = pDevExt-BusNumber;deviceDescription.InterfaceType = pDevExt-InterfaceType;deviceDescription.MaximumLength = pDevExt-MaxTransferLength;pDevExt-AdapterObject = HalGetAdapter(&deviceDescription,&numberOfMapRegisters );2）Start I/O 例程該例程請求Adapter對象的擁有權，然后把其余的工作留給AdapterControl回調例程。a）調用KeFlushIoBuffers從CPU的Cache把數據清到物理內存，然后計算映射寄存器的數目和用戶緩沖 區的大