相关技术标准,详细说明关于PCIE设备驱动开发技术,通过开发者掌握的现有技术,给出了一个基于PCIE接口的嵌入式系统的驱动开发例子,在visual studio 2008开发环境中采用Windows DDK开发完成系统驱动实例。
关键词:WDM模型,驱动编程,PCIE,WinDDK
1.引言
基于PCIE总线在各个方面的优势众多,从推出至今,被广泛的接受和应用,市场上大多数新系列的以太网卡,PCIE显卡和PCIE声卡,都摒弃传统的PCI总线技术,采用优点更多的PCIE总线协议技术,针对这种大的背景趋势,开发者结合具体的实例系统工程,详细探讨说明基于WDM的PCIE设备驱动开发技术。
2.设备驱动程序
设备驱动程序是连接应用程序、硬件以及操作系统的桥梁,是硬件设备连接到计算机系统的软件接口。Windows xp操作系统,为了提高系统的稳定性,将windows程序分为两类,用户态和内核态程序,执行在用户态的程序不能直接调用系统底层的物理地址,所有操作必须在用户态内存地址空间中,内核态程序,能访问到内核态内存地址,即能访问系统物理设备映射在系统内部的物理地址空间,设备驱动程序属于内核态程序。
2.1概念
设备驱动程序(Device Driver)是操作系统内核的重要组成部分,运行在操作系统的内核态,属于操作系统的信任部分,驱动程序能工作在32位和64位下,用来控制和管理计算机物理设备的可执行二进制代码,在windows XP系列操作系统中,驱动程序文件扩展名为.SYS。现在的驱动程序遵循内核模式驱动程序框架规范(WDM),与windows 98能绕过驱动程序访问硬件特性不同,Xp必须通过设备驱动程序访问硬件,基于WDM内核驱动程序框架规范的驱动程序,能很好的支持设备的即插即用功能。
2.2WDM的基本原理
WDM(Windows Driver Model)值得是windows驱动模型,目前大部分计算机设备驱动程序都采用WDM驱动框架规范,动态构造WDM驱动程序堆栈是实现即插即用设备支持的关键,WDM属于一个分层型驱动模型框架,分为设备对象堆栈结构,和设备驱动程序结构,设备驱动分为功能驱动层和总线驱动层,总线驱动层为总线上发现的设备创建物理设备对象PDO,功能驱动层为设备驱动创建自己的功能设备对象FDO,用户太的应用程序通过API发送IRP数据包,和驱动进行交互,然后驱动将用户请求的数据,以IRP数据包格式返回给连接的用户应用程序。内核模式的WDM驱动程序有着可移植性,可配置性,即插即用等特点。
3.基于PCIE接口的嵌入式系统
笔者结合一个实际基于PCIE接口的嵌入式系统例子详细说明基于WDM的PCIE设备驱动开发过程,主要介绍如何实现该系统的PCIE设备驱动程序,对于系统的其他设计功能模块在此不做说明。
3.1基于PCIE接口的嵌入式系统结构
基于WDM,和PCIE接口的众多优势,开发PCIE设备已成为一种趋势,笔者提出开发完成了基于PCIE接口的嵌入式系统。所以,主机通过系统驱动与PCIE2SATA芯片通讯,对挂载在PCIE外接卡上的SATA硬盘发送标准的ATA指令,从而实现嵌入式系统的存储系统。
3.2基于WDM的PCIE设备驱动程序实现
由于系统的驱动完成了很多命令功能,篇幅有限,笔者特别截选了PCIE驱动实现中最具有代表性的驱动命令字的实现细节,即PCIE驱动动态获取PCIE外接卡中的物理寄存器的分配地址和类型。
该解析过程是根据PICE3.0协议规定,PCIE硬件接口必须实现三类物理资源寄存器,一类是case CmResourceTypePort,IO端口寄存器,二类是case CmResourceTypeMemory,内存地址寄存器,三类是case CmResourceTypeInterrupt,中断寄存器地址。在前面的函数获取的数据资源中,通过枚举解析,基于WDM的PCIE设备驱动程序就能动态的获取PCIE卡上的资源端口物理地址,驱动程序之后通过操作这些物理端口地址,就能实现完全控制PCIE外接卡的目的,最终驱动程序就能实现应用程序与外接卡的通讯连接桥梁功能作用。
4.系统调试运行
基于WDM驱动程序在visual stdio2008环境下编译连接的命令配置十分复杂,笔者的开发调试环境是,windows XP系统,基于visual stdio2008环境下的windows DDk驱动开发包,按照参数表设置完编译配置命令参数,编译后得到扩展名为.SYS的设备驱动二进制执行代码文件,在应用程序中,CreateFile驱动文件,获取驱动句柄成功后,调用DeviceIoControl函数发送命令字,与驱动通讯,笔者开发的系统调试运行图,运行结果正确,达到了预计设计效果。
5.总结
笔者通过探讨PCIE以及WDM的原理,优势,分析得出开发PCIE设备驱动的趋势,有与篇幅有限,文中给出了基于WDM的PCIE设备驱动程序的部分代码实现,笔者通过一个实际的PCIE嵌入式系统问例子,详细描述了基于WDM的PCIE设备驱动程序的开发流程和方法,基于PCIE设备驱动编译通用方式的繁杂,最后在编译调试章节给出了在visual stdio2008环境中编译参数设置表,笔者最终通过实验得出,该设计的正确性和可行性,为以后的PCIE设备驱动开发者提供了可行的借鉴,对于驱动开发领域有积极促进作用。