摘 ?要： WinDriver是一套PCI驅動程序開發包。它改變了傳統驅動程序開發的方法與思路,極大地簡化了驅動程序的編制;同時,又沒有犧牲驅動程序的性能,是一套高效、快捷的PCI驅動程序開發軟件包。特別適合專業硬件人員的使用。
關鍵詞： 設備驅動程序? WinDriver? PCI
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??? WinDriver是Jungo公司出版的一個設備驅動程序開發組件,它可以大大加速PCI設備驅動程序的開發。作者在實際的項目中采用了WinDriver來開發設備驅動程序,取得了相當好的運行效果。從目前國內的資料上來看,大多數設計人員還是在用DDK、Vtools開發設備驅動程序,因而作者覺得有必要向大家介紹與推薦這個軟件。
WinDriver是一套設備驅動程序開發組件,它的目的就是方便Windows程序員快速開發出PCI/ISA設備的Windows驅動程序(目前最新的版本V4.32還支持PCMCIA、USB設備的驅動程序的開發,并且除了支持Windows9X/NT系統外,還有支持Unix、Windows CE的版本推出)。利用WinDriver開發設備驅動程序,不需要熟悉操作系統的內核,整個驅動程序中的所有函數都是工作在用戶態下的,通過與WinDriver的.Vxd或者.Sys文件交互來達到驅動硬件的目的。由于是一個用戶態程序,效率的高低也就成了人們選擇WinDriver時關心的一個問題。大量實踐數據表明,WinDriver并沒有通過犧牲系統性能來換取驅動程序的快速開發,的確是一個“像開發用戶態程序那樣簡單,像核心態程序那樣高效”[1]的開發工具。
圖1是WinDriver的體系結構圖。
1 WinDriver主要特征
·提供了從用戶層訪問硬件的簡單方法;
·能夠方便地將性能要求特別苛刻的部分通過Windriver提供的API插入到核心態模式運行,提高執行效率;
·對主流PCI接口芯片(AMCC、PLX、V3系列)提供了很好的支持;
·可以利用常見的軟件開發平臺(Visual C++、Borland C++、VB4、Java、Delphi);
·支持I/O、DMA、中斷處理,支持PCI、ISA、EISA設備的開發;
·無需DDK以及核心態程序開發的經驗。
2 開發步驟
a.根據WinDriver的文檔,建議開發步驟如下:
· 打開WinDriver? Wizard,利用Wizard來分析待開發驅動程序的卡,然后自動生成驅動程序的框架代碼;
· 修改代碼,加入定制功能;
· 在用戶態執行與調試代碼;
· 將性能苛刻部分插入到核心態;
b.我們在實際編寫驅動程序的過程中發現,完全用WinDriver提供的API來寫驅動程序比在Wizard生成的框架代碼上修改更為靈活。一般來說,PCI驅動程序分成3個部分:初始化部分,對硬件資源的訪問函數庫、具體調用部分。其中,后面兩個部分對于不同的硬件都是基本一致的。比如說,我們先后開發的基于AMCC5933與PLX9052的PCI接口卡,對于他們的硬件資源訪問,用的都是WinDriver下面相同的API;兩者開發的不同只在于初始化時對于硬件資源的鎖定。所以只要開發出了針對一種接口芯片的系統的驅動代碼后,以后一般只要修改接口芯片的ID值及一些寄存器的偏移值，就能夠移植了,比每次生成不同的框架代碼再改動也許要更簡便。
3 實例分析
整個驅動程序的結構大致如下：
????· 打開WinDriver設備；
????· 查找我們要訪問的PCI設備；
????· 枚舉該設備的資源(內存、I/O、中斷);
· 鎖定該設備的資源只能為我們所用，不能被其他程序訪問;
· 訪問板上的資源;
· 解鎖資源;
· 關閉WinDriver設備。
以下為一段使用WinDriver開發的AMCC5933DMA的驅動代碼,利用這個程序來演示WinDriver的程序結構。這個程序只要稍加修改,就可以用來作為其他PCI卡的驅動程序的一部分,例如PLX9050、9054。為了節省篇幅,省略了變量說明部分。程序中出現的變量大都由其名稱可以反映含義,具體可以參見WinDriver的設計文檔中的說明。
hWD=WD_Open();????????????? ???//打開WinDriver設備,每次使用前必須調用;
pciScan.searchId.dwVendorId=0x10e8；???? ?//AMCC公司供貨號
pciScan.searchId.dwDeviceId=0x4750；
???????????????????????????????????????????? ?//AMCC5933的設備號
WD_PciScanCards (hWD， &pciScan)；
???????????????????????????????????????????? ?//枚舉PCI槽上的設備
pciSlot=pciScan.cardSlot[0]； ?? //假設只有我們一個設備,得到設備槽的號碼
pciCardInfo.pciSlot=pciSlot；
WD_PciGetCardInfo(hWD，&pciCardInfo)；? //得到該設備槽上的設備信息
Card=pciCardInfo.Card；???? //Card為一個反映PCI卡上資源的結構
cardReg.Card=Card；
WD_CardRegister(hWD，&cardReg)；???????? //向核心態登記,鎖定卡上資源
Item=Card.Item[2]；???? ??? //將卡上的號為2的資源賦給Item
if(Item.item==ITEM_MEMORY)
{
????regAddr=Item.I.Mem.dwUserDirectAddr；? //得到PCI卡上的內存映射到用戶態的地址
??? }
??? Dma1.dwBytes=4*dwDWord；
??? Dma1.pUserAddr=pBuffer1；
??? Dma1.dwOptions=0；
??? WD_DMALock(hWD，&Dma1)；??????????? ?? //鎖定用于DMA的內存資源
??? 至此與PCI卡上的內存進行DMA傳輸的準備已經完成,下面只要寫相應的控制字就可以啟動DMA操作了。
4 常見問題的解答
??? (1)評估版本的功能限制及其解決
??? 評估版本除了30天的限制外，與正式版本相比還有3個限制。其中影響最大的是所有的關閉函數(DMA鎖定內存的解鎖,資源的關閉...)都加了延時。這樣我們在做數據采集卡的驅動程序時就要注意,最好只分配一次資源。比如說做DMA操作,不要反復地鎖定內存,這樣會在解鎖時損失效率。一個折衷的方法是鎖定DMA內存后,一旦這塊內存寫滿后,就將其中數據拷到用戶態程序分配的大內存中去。
(2)用WinDriver開發的程序效率
在使用WinDriver或者VxdTools這類工具時,大家最關心的一個問題可能就是效率問題。從實踐與分析來看,WinDriver生成的驅動代碼的效率相當地高。比如PCI卡的高速數據采集涉及到DMA的應用,WinDriver提供了相應的API來將卡上的內存映射到用戶態程序所能直接訪問的地址空間中,然后直接對這個映射后得到的地址進行DMA操作。也就是說,與用DDK來直接編寫驅動程序的區別就在于地址映射的操作上,在這部分工作上面,用WinDriver的API肯定沒有直接用DDK寫的專門面向特定硬件優化的代碼來得高效。但是這部分代碼實際上屬于初始化工作,這部分的效率高低事實上并不會影響總體上的效率。
實際中,用WinDriver編寫的PCI驅動程序在賽揚466、64M內存的機器上,在8位模式下可以穩定地采集4~8Mbytes/s的數據。而且隨著硬件設計的改變,肯定還有提高余地。
經過實際應用,發現WinDriver這個軟件使用快速,無論是開發效率還是實際達到的性能指標都相當令人滿意。特別對于硬件開發人員來說,可以不必了解繁瑣的操作系統的內核知識,就可以快速地開發出驅動程序,對于調試硬件是一個很好的幫助工具。
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參考文獻
1 Applied Micro Circuit? Corporation.PCI PRODUCTS DATA BOOK
2 Jungo? Corporation.WinDriver V4.0 Developer＇s Guide
3 PLX Corporation. PCI 9052 Data Book