基于PCI總線模塊的多通道串行數據采集系統設計

3 系統軟件開發

3.1 驅動程序

PCI設備的硬件資源由Windows操作系統根據PC機中所有設備對資源的占有來統一分配。為了保證系統的安全和穩定性，在Windows2000及其后的微軟操作系統中，運行在ring3層的用戶應用程序無法直接訪問硬件，而必須通過運行于ring0層的設備驅動程序來訪問。設備驅動不僅要實現對硬件的操作，還要為用戶應用程序提供專用的API函數庫，以方便用戶實現對硬件的操作訪問。

Windows XP操作系統下的驅動程序一般是基于WDM(Windows Driver Model)模型開發的。該模型中的上層應用程序通過調用Win32 API函數發出對設備的訪問請求，I/O管理器則根據這個請求構造合適的IRP(I/O Request Packet，I/O請求包)，并將其傳給設備驅動程序，接著由驅動程序直接訪問硬件完成IRP處理，最后由I/O管理器把數據和結構返回給應用程序。

WDM驅動比較常用的有以下三種方法：

第一種是直接使用Windows DDK(Device

Driver Kit，驅動程序開發包)開發的驅動程序面向Windows內核，該方法工作穩定，效率更高。但必須精通Windows內部體系結構及設備驅動程序的體系結構等，因此開發難度較大。

第二種是使用DriverStudio。此工具軟件已經做了很多基礎性工作，也進行了一些封裝。

第三種是使用WinDriver，使用該方法時，開發者只需要在用戶模式下編寫程序來調用它提供的通用驅動即可。其中Drvier Wizard可以進行硬件診斷和自動代碼生成。另外還可以將對速度要求較高的模塊插入內核運行來獲取更好的性能。本系統即采用WinDriver開發方法。

3.2 WinDriver中的重要函數

利用WinDriver開發驅動程序通常有兩種方法：第一種是利用Driver Wizard生成的代碼進行修改;第二種是直接利用WinDriver提供的API函數來編寫自己的程序。本系統即采用這種方法，開發時首先要注意包含所有相關的頭文件。其基本驅動程序的結構及API函數如下：

3.3 中斷實現

PCI總線的通信方式有查詢和中斷兩種方式。查詢方式實現簡單，但是難以適應實時性要求較高的場合，而且上位機軟件資源占用率過大;中斷方式則可克服以上缺點，可以實現數據的實時傳輸。本系統將數據經過處理后存入RAM，存滿一幀數據，硬件便發出中斷請求信號，上位機響應中斷請求后，即可讀取一幀數據。

要實現中斷機制，就要建立一個獨立的中斷響應線程，并在主函數中完成中斷的使能、屏蔽及中斷線程的啟動。另外，使用WinDriver處理電平中斷時，還必須建立傳輸命令(INTCSR)來應答中斷。

其中斷處理過程分為四步：

第一步，調用WDC_IntEnable()，此函數的功能是分配并初始化WC_INTERRUPT結構體，自動創建中斷處理線程，同時在其中包含WD_Int-Wait()函數，作用是使線程休眠直至有中斷發生。另外，還可以調用底層API函數InterruptEnable()或WD_Enable()，但此時需要由用戶自己創建中斷線程;

第二步是中斷線程無限循環以等待中斷發生。中斷發生時，WinDriver在內核中執行傳輸命令，當操作返回到用戶模式時，驅動的用戶模式中斷處理例程將被調用;之后，中斷處理例程返回，但中斷等待循環繼續;最后在不再使用中斷時，調用’WDC_IntDisable()、底層API函數Inter-mptDisable()或WD_IntDisable()來關閉中斷。

3.4 驅動的分發及安裝

驅動的分發是指在目標機上不用安裝WinDriver開發包即可應用其開發的設備驅動。需要準備的分發包應包括windrvr6.sys、windrvr-6.inf、wd921.cat、waapi921.dll、difxapi.dll、自己的INF(Information File)等文件，而且即使是自己開發內核驅動。也應包含在內。

Windows操作系統依靠INF文件來得到即插即用設備的驅動程序信息。WinDriver會自動檢測PC機上的即插即用設備。并為相應硬件生成I-NF文件，而且只需稍作修改即可。INF文件可引導系統找到硬件所需要的驅動程序，由WinDriver生成的INF文件中列出了默認的拷貝文件win-drvr6.sys。設備驅動可通過工作于內核模式的windrvr6.sys訪問硬件。之后在目標機上裝入驅動分發包及INF文件，即可通過應用程序控制PCI設備。

4 結束語

該數據傳輸系統的PCI接口邏輯和數據傳輸、處理、緩存等用戶邏輯可集成于一片FPGA中。因而可極大的提高資源利用率，并可滿足大量數據高速傳輸的要求。上位機應用程序采用中斷方式讀取數據可大大提高系統的性能。目前，經多次試驗，該系統已完全可以滿足工程需要。