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摘要：本文介绍了在Windows2000/xp操作系统下，使用DriverStudio软件编写WDM模式的驱动程序，通过TMS320C6412的PCI接口，在PC机上实现了DSP信号处理程序的加载，启动，复位等功能，完成DSP系统与PC机之间控制与通讯。
关键词：PCI总线； WDM模式； DriverStudio； TMS320C6412； DSP系统
Research on PCI bus technology TMS320C6412
Li Ming-ye，Zhou Jing
（51st Research Institure of CETC，ShangHai 201802）
Abstract：This article describes the use DriverStudio in Windows2000/xp operating system software to write the driver of the WDM model， through the PCI interface of TMS320C6412 DSP signal processing program on a PC to load， start， reset， etc.， complete DSP systemcontrol and communications between the PC.
Key words： PCIBus； WDM； DriverStudio； TMS320C6412； DSP System
0 引 言
在雷达领域的信号处理中，最费时间，即影响信号处理实时性的瓶颈是数据处理部分。数字信号处理器（digital signal processor简称DSP）在模拟信号变换成数字信号以后进行高速实时处理的专用处理器，是实现实时数字信号处理的有力工具。在本文描述的工程应用中，把数据处理部分从PC机的软件中分离出来，由PC机通过PCI接口把信号数据信息传输到DSP，交给DSP处理，然后把处理好的结果再传给PC机，这样不仅可以做到信号处理和数据管理并行进行，而且充分利用DSP对数字信号处理高速，并行的优势，提高了信号处理系统的实时性和稳定性。要实现以上功能，首先要解决好DSP信号处理模块与PC机之间的通讯问题。TMS320C6412提供的PCI总线接口以PCI总线特有的较高数据传输能力，通用性强等优势，大大提高了DSP信号处理机的性价比和可维护性，有利于解决信号处理机与主机间数据通讯的I0瓶颈。
在window2000/XP系统下，为实现系统的稳定性和可靠性，只有在内核模式下，通过驱动程序对硬件进行访问。信号处理系统的用户软件要通过TMS320C6412的PCI接口实现与DSP信号处理模块的通讯，就需要编写驱动程序。由于驱动程序涉及的面比较广，加上市面上系统地描述该方面的文章较少，一度公认为是技术难点。本文从应用角度出发，通过实例详尽描述了利用DriverStudio开发工具包，开发TMS320C6412的PCI总线驱动程序的具体实现，完成PC机上的应用程序与DSP信号处理机之间的相互通讯。
1 TMS320C6412芯片简介
TMS320C6412是TI公司目前速度最快的第六代DSP定点系列的产品之一，采用了高性能，先进的VelociTI.2结构的DSP 核，其主频为1.1GHz，使其最大处理能力可达到9000MIPS，专门设计的Master/Slave PCI Interface 硬件外围，极大地方便了DSP与PC机之间的通讯。TMS320C6412的PCI接口支持如下主要特征：
1）符合PCI2.2版本的规范；
2）PCI主/从接口；
3）以33MHz的时钟频率操作，采用32位数据总线，数据传送率可高达132MB/s；
4）通过EMIF，PCI可访问所有片上RAM，外设和外部存储器；
5）支持存储器读（memory read），存储器写（memory write），I/O读，I/O写；
6）在DSP程序控制下的PCI中断请求；
7）通过PCI I/O周期的DSP中断；
8）PCI复位时，多个配置寄存器由来自外部的串行EEPROM初始化；
2 驱动开发工具介绍
Windows2000/xp对驱动程序的编写不再基于以往的Win3x和Win9x下的VxD（虚拟设备驱动程序）结构，而是基于一种新的驱动模型——WDM（Windows Driver Model）。WDM为Windows2000/XP操作系统的设备驱动程序的设计提供了统一的框架。
在WDM驱动模型中，驱动程序是分层的，不同层上的驱动程序有不同的优先级。另外，WDM还引入了功能设备对象FDO（Function Device Object）与物理设备对象PDO（Physical Device Object）两个新类来描述硬件，一个PDO对应一个真实的硬件。一个硬件只允许有一个PDO，却可以拥有多个FDO，在驱动程序中直接操作的不是硬件而是相应的PDO和FDO。WDM不是通过驱动程序名称，而是通过一个128位的全局唯一标识符（GUID）实现驱动程序的识别。在应用程序与WDM驱动程序通信方面，系统为每一个用户请求打包形成一个I/O请求包（IRP）结构，并将其发送到驱动程序，并通过识别IRP中的PDO来区别是发送给哪一个设备的，内核通常通过发送IRP来运行驱动程序的代码。不久的将来，在Windows平台上，WDM将成为主流的驱动模式。
开发WDM驱动程序有两种方法，一种利用微软提供的98DDK和2000DDK驱动程序开发包，另外一种是专用驱动程序开发工具，如这里选用的DriverStudio工具包. 相比之下，利用DriverStudio工具开发设备驱动程序结构清晰，效率高，比微软提供的DDK工具简单，方便，开发周期短。DriverStudio提供工具组件在对设备驱动程序的开发、除错、测试、调整和部署，改善测试性能和程序的可靠性等方面，给用户提供了极大的便利。 3 应用实例分析
下面通过具体实例分析从主机端加载DSP信号处理程序，到启动和复位DSP应用系统，完成DSP与主机之间控制与通讯等功能的实现，并列出从驱动程序中摘录出具体的源程序代码，详尽描述了驱动程序在window2000/XP操作系统下的具体实现步骤和方法。驱动程序的总体功能框图如下：
3. 1 通过PCI接口加载DSP信号处理程序
在进行加载程序前，首先要形成DSP信号处理程序的COFF文件即*.out文件。如果当加载文件的起始位置加上COFF文件长度超过DSP映射空间的4MB的页边界时，特别要注意跨页的处理。源程序代码如下：
//dwBytes表示加载out文件的总字节数；
//DSP_PAGE_MASK表示DSP中的一页的字节数；
//dwDspAddr表示加载文件的起始位置；
//判断加载时是否要进行跨页处理之前，首先计算加载时第二页的字节数
int dwSecondBytes =（（dwDspAddr & DSP_PAGE_MASK）+dwBytes）
- （DSP_PAGE_MASK + 1）；
ULONG dwFirstBytes = dwBytes - dwSecondBytes； //加载第一页的字节数；
if （ dwSecondBytes > 0） // 第二页的字节数>0，则进行跨页处理；
{
ULONG f_addr=dwDspAddr >> DSP_PAGE_BIT_LEN；
m_IoPortRange0.outd（8，f_addr）；
m_MemoryRange0.outd（f_addr，pBuf，dwFirstBytes/4）；
ULONG s_addr=（dwDspAddr >> DSP_PAGE_BIT_LEN） + 1；
m_IoPortRange0.outd（8，s_addr）；
PULONG s_pBuf=（PULONG）（（ULONG）pBuf+dwFirstBytes）；
m_MemoryRange0.outd（0，s_pBuf，dwSecondBytes/4）；
}
else//加载COFF文件不涉及跨页；
{
ULONG f_addr=dwDspAddr >> DSP_PAGE_BIT_LEN；
m_IoPortRange0.outd（8，f_addr）；
m_MemoryRange0.ind（f_addr，pBuf，dwBytes/4）；
}
3.2 启动和复位DSP系统
启动和复位DSP应用系统时，需要对HDCR（Host to DSP Control Register）寄存器进行操作。
HDCR寄存器的定义如下：
首先确保硬件上的Bootmode为主机引导模式，在驱动程序中通过HDCR寄存器的WARMRESET位，主机可以复位DSP系统中所有内部的器件和外设逻辑。同样，通过HDCR寄存器的DSPINT位，主机向DSP产生中断，使DSP系统从复位状态释放出来后，从程序起始地址开始执行，完成了DSP启动的过程。源程序代码如下：
//复位DSP
NTSTATUS C6412_drvDevice：：C6412_DRV_IOCTL_RESETDSP_Handler（KIrp I）
{
m_IoPortRange0.outd（HDCR，0x1）；//HDCR寄存器中的WARMRESET位置1；
return status；//返回状态码
}
//启动DSP
NTSTATUS C6412_drvDevice：：C6412_DRV_IOCTL_ BOOTDSP_Handler（KIrp I）
{
m_IoPortRange0.outd（HDCR，0x2）；// HDCR寄存器中的DSPINT位置1；
return status；//返回状态码
}
3.3 利用中断方式实现DSP和主机之间的通讯
主机向DSP系统产生中断是通过HDCR寄存器的DSPINT位，如果在PCIIEN（PCI Interrupt Enable Register）寄存器使能了HOSTSW中断，则该中断也会在PCIIS（PCI Interrupt Source Register）的HOSTSW中断位体现出来。
HSR寄存器定义如下：
在驱动程序的实际编程中，由于中断服务例程在DIRQL级别上运行，所以处理的时间尽可能地短，通常在中断服务例程中，只是判断该中断是否是本设备产生的，如不是本设备产生的中断服务例程立即返回，否则，其他的大部分的中断处理工作要调用一个在DISPATCH_LEVEL级别上运行的延迟过程中完成。当一个中断例程完成后，处理器一旦获得DISPATCH_LEVEL级别上的控制权，内核就调用该延迟过程。源程序代码如下：
//中断服务例程
BOOLEAN C6412_drvDevice：：Isr_Irq（void）
{
ULONG value=m_IoRange0.ind（HSR）；
if（（value&0x1）==0x1）//判断是否本设备产生的中断
{ m_MemoryRange1.outd（RSTSRC，0x10）； //清除中断，以便再次响应中断；
if （！m_DpcFor_Irq.Request（NULL， NULL）） //调用延迟过程；
{
//根据实际硬件置标志或其他的操作；
}
}
else//不是本设备产生的中断，立即返回；
return false；
}
//延迟过程函数
VOID C6412_drvDevice：：DpcFor_Irq（PVOID Arg1， PVOID Arg2）
{
//这里用事件的方式通知主机DSP中断的发生，事件句柄事先从主机端传到DSP； m_pEvent->Set（）；//置事件；
}
4 结 语
通过以上的驱动程序，PC机上的应用程序通过PCI总线下载信号处理程序到DSP，同时监控信号处理过程，并将DSP处理结果通过PCI总线传给PC机，利用windows2000/XP操作系统友好的图形化界面，用户可以对DSP处理结果进行存储，显示，事后分析，从而组建起完整的通用雷达信号处理平台。而且在调试和使用过程中，可以灵活方便地下载不同的DSP应用程序，克服了以往为了加载不同的DSP应用程序，需要不断反复烧写ROM等烦琐过程。另外考虑到驱动程序具有通用性，通常根据不同软件的需要对驱动程序进行不同的封装，本驱动就是利用MFC封装成动态连接库（DLL）的形式提供给用户。本文描述的TMS320C6412是TMS320C6X系列中的一款，通过它开发的PCI驱动程序对于开发其他DSP的驱动程序有很好的借鉴性。文章中的所有程序代码均在windows2000/xp的Visual C++ 6.0 环境下编译、调试通过，并已应用于实际工程中。
参考文献
[1] TMS320C6000 Dsp Peripheral Component Interconncet（PCI） Reference Guide [EB/OL].[2007-3].
www.ti.com.cn/cn/lit/ug/spru581c/spru581c.pdf
[2] TMS320C6412 Fixed-Point Digital Signal Processor Data Manual[EB/OL].[2010-10]. www.ti.com.cn/cn/lit/ds/sprs219j/sprs219j.pdf
[3] 武安河，邰铭，于洪涛. Windows2000/XP WDM 设备驱动程序开发[M].北京：电子工业出版社.2005
[4][美] Tom Shanley Don Anderson著，刘晖，冀然然，夏意军译.PCI系统结构[M].北京：电子工出版.2001
作者简介：
黎明也：男，1992年毕业于电子科技大学，学士学位，现任职上海微波设备研究所（中国电子科技集团公司第51研究所），高级工程师，长期从事系统设计及硬件开发工作。
周静：女，1996年毕业于西安公路交通大学，学士学位，现任职上海微波设备研究所（中国电子科技集团公司第51研究所），高级工程师，长期从事设备驱动程序设计，嵌入式软件开发等工作。
关键词：PCI总线； WDM模式； DriverStudio； TMS320C6412； DSP系统
Research on PCI bus technology TMS320C6412
Li Ming-ye，Zhou Jing
（51st Research Institure of CETC，ShangHai 201802）
Abstract：This article describes the use DriverStudio in Windows2000/xp operating system software to write the driver of the WDM model， through the PCI interface of TMS320C6412 DSP signal processing program on a PC to load， start， reset， etc.， complete DSP systemcontrol and communications between the PC.
Key words： PCIBus； WDM； DriverStudio； TMS320C6412； DSP System
0 引 言
在雷达领域的信号处理中，最费时间，即影响信号处理实时性的瓶颈是数据处理部分。数字信号处理器（digital signal processor简称DSP）在模拟信号变换成数字信号以后进行高速实时处理的专用处理器，是实现实时数字信号处理的有力工具。在本文描述的工程应用中，把数据处理部分从PC机的软件中分离出来，由PC机通过PCI接口把信号数据信息传输到DSP，交给DSP处理，然后把处理好的结果再传给PC机，这样不仅可以做到信号处理和数据管理并行进行，而且充分利用DSP对数字信号处理高速，并行的优势，提高了信号处理系统的实时性和稳定性。要实现以上功能，首先要解决好DSP信号处理模块与PC机之间的通讯问题。TMS320C6412提供的PCI总线接口以PCI总线特有的较高数据传输能力，通用性强等优势，大大提高了DSP信号处理机的性价比和可维护性，有利于解决信号处理机与主机间数据通讯的I0瓶颈。
在window2000/XP系统下，为实现系统的稳定性和可靠性，只有在内核模式下，通过驱动程序对硬件进行访问。信号处理系统的用户软件要通过TMS320C6412的PCI接口实现与DSP信号处理模块的通讯，就需要编写驱动程序。由于驱动程序涉及的面比较广，加上市面上系统地描述该方面的文章较少，一度公认为是技术难点。本文从应用角度出发，通过实例详尽描述了利用DriverStudio开发工具包，开发TMS320C6412的PCI总线驱动程序的具体实现，完成PC机上的应用程序与DSP信号处理机之间的相互通讯。
1 TMS320C6412芯片简介
TMS320C6412是TI公司目前速度最快的第六代DSP定点系列的产品之一，采用了高性能，先进的VelociTI.2结构的DSP 核，其主频为1.1GHz，使其最大处理能力可达到9000MIPS，专门设计的Master/Slave PCI Interface 硬件外围，极大地方便了DSP与PC机之间的通讯。TMS320C6412的PCI接口支持如下主要特征：
1）符合PCI2.2版本的规范；
2）PCI主/从接口；
3）以33MHz的时钟频率操作，采用32位数据总线，数据传送率可高达132MB/s；
4）通过EMIF，PCI可访问所有片上RAM，外设和外部存储器；
5）支持存储器读（memory read），存储器写（memory write），I/O读，I/O写；
6）在DSP程序控制下的PCI中断请求；
7）通过PCI I/O周期的DSP中断；
8）PCI复位时，多个配置寄存器由来自外部的串行EEPROM初始化；
2 驱动开发工具介绍
Windows2000/xp对驱动程序的编写不再基于以往的Win3x和Win9x下的VxD（虚拟设备驱动程序）结构，而是基于一种新的驱动模型——WDM（Windows Driver Model）。WDM为Windows2000/XP操作系统的设备驱动程序的设计提供了统一的框架。
在WDM驱动模型中，驱动程序是分层的，不同层上的驱动程序有不同的优先级。另外，WDM还引入了功能设备对象FDO（Function Device Object）与物理设备对象PDO（Physical Device Object）两个新类来描述硬件，一个PDO对应一个真实的硬件。一个硬件只允许有一个PDO，却可以拥有多个FDO，在驱动程序中直接操作的不是硬件而是相应的PDO和FDO。WDM不是通过驱动程序名称，而是通过一个128位的全局唯一标识符（GUID）实现驱动程序的识别。在应用程序与WDM驱动程序通信方面，系统为每一个用户请求打包形成一个I/O请求包（IRP）结构，并将其发送到驱动程序，并通过识别IRP中的PDO来区别是发送给哪一个设备的，内核通常通过发送IRP来运行驱动程序的代码。不久的将来，在Windows平台上，WDM将成为主流的驱动模式。
开发WDM驱动程序有两种方法，一种利用微软提供的98DDK和2000DDK驱动程序开发包，另外一种是专用驱动程序开发工具，如这里选用的DriverStudio工具包. 相比之下，利用DriverStudio工具开发设备驱动程序结构清晰，效率高，比微软提供的DDK工具简单，方便，开发周期短。DriverStudio提供工具组件在对设备驱动程序的开发、除错、测试、调整和部署，改善测试性能和程序的可靠性等方面，给用户提供了极大的便利。 3 应用实例分析
下面通过具体实例分析从主机端加载DSP信号处理程序，到启动和复位DSP应用系统，完成DSP与主机之间控制与通讯等功能的实现，并列出从驱动程序中摘录出具体的源程序代码，详尽描述了驱动程序在window2000/XP操作系统下的具体实现步骤和方法。驱动程序的总体功能框图如下：
3. 1 通过PCI接口加载DSP信号处理程序
在进行加载程序前，首先要形成DSP信号处理程序的COFF文件即*.out文件。如果当加载文件的起始位置加上COFF文件长度超过DSP映射空间的4MB的页边界时，特别要注意跨页的处理。源程序代码如下：
//dwBytes表示加载out文件的总字节数；
//DSP_PAGE_MASK表示DSP中的一页的字节数；
//dwDspAddr表示加载文件的起始位置；
//判断加载时是否要进行跨页处理之前，首先计算加载时第二页的字节数
int dwSecondBytes =（（dwDspAddr & DSP_PAGE_MASK）+dwBytes）
- （DSP_PAGE_MASK + 1）；
ULONG dwFirstBytes = dwBytes - dwSecondBytes； //加载第一页的字节数；
if （ dwSecondBytes > 0） // 第二页的字节数>0，则进行跨页处理；
{
ULONG f_addr=dwDspAddr >> DSP_PAGE_BIT_LEN；
m_IoPortRange0.outd（8，f_addr）；
m_MemoryRange0.outd（f_addr，pBuf，dwFirstBytes/4）；
ULONG s_addr=（dwDspAddr >> DSP_PAGE_BIT_LEN） + 1；
m_IoPortRange0.outd（8，s_addr）；
PULONG s_pBuf=（PULONG）（（ULONG）pBuf+dwFirstBytes）；
m_MemoryRange0.outd（0，s_pBuf，dwSecondBytes/4）；
}
else//加载COFF文件不涉及跨页；
{
ULONG f_addr=dwDspAddr >> DSP_PAGE_BIT_LEN；
m_IoPortRange0.outd（8，f_addr）；
m_MemoryRange0.ind（f_addr，pBuf，dwBytes/4）；
}
3.2 启动和复位DSP系统
启动和复位DSP应用系统时，需要对HDCR（Host to DSP Control Register）寄存器进行操作。
HDCR寄存器的定义如下：
首先确保硬件上的Bootmode为主机引导模式，在驱动程序中通过HDCR寄存器的WARMRESET位，主机可以复位DSP系统中所有内部的器件和外设逻辑。同样，通过HDCR寄存器的DSPINT位，主机向DSP产生中断，使DSP系统从复位状态释放出来后，从程序起始地址开始执行，完成了DSP启动的过程。源程序代码如下：
//复位DSP
NTSTATUS C6412_drvDevice：：C6412_DRV_IOCTL_RESETDSP_Handler（KIrp I）
{
m_IoPortRange0.outd（HDCR，0x1）；//HDCR寄存器中的WARMRESET位置1；
return status；//返回状态码
}
//启动DSP
NTSTATUS C6412_drvDevice：：C6412_DRV_IOCTL_ BOOTDSP_Handler（KIrp I）
{
m_IoPortRange0.outd（HDCR，0x2）；// HDCR寄存器中的DSPINT位置1；
return status；//返回状态码
}
3.3 利用中断方式实现DSP和主机之间的通讯
主机向DSP系统产生中断是通过HDCR寄存器的DSPINT位，如果在PCIIEN（PCI Interrupt Enable Register）寄存器使能了HOSTSW中断，则该中断也会在PCIIS（PCI Interrupt Source Register）的HOSTSW中断位体现出来。
HSR寄存器定义如下：
在驱动程序的实际编程中，由于中断服务例程在DIRQL级别上运行，所以处理的时间尽可能地短，通常在中断服务例程中，只是判断该中断是否是本设备产生的，如不是本设备产生的中断服务例程立即返回，否则，其他的大部分的中断处理工作要调用一个在DISPATCH_LEVEL级别上运行的延迟过程中完成。当一个中断例程完成后，处理器一旦获得DISPATCH_LEVEL级别上的控制权，内核就调用该延迟过程。源程序代码如下：
//中断服务例程
BOOLEAN C6412_drvDevice：：Isr_Irq（void）
{
ULONG value=m_IoRange0.ind（HSR）；
if（（value&0x1）==0x1）//判断是否本设备产生的中断
{ m_MemoryRange1.outd（RSTSRC，0x10）； //清除中断，以便再次响应中断；
if （！m_DpcFor_Irq.Request（NULL， NULL）） //调用延迟过程；
{
//根据实际硬件置标志或其他的操作；
}
}
else//不是本设备产生的中断，立即返回；
return false；
}
//延迟过程函数
VOID C6412_drvDevice：：DpcFor_Irq（PVOID Arg1， PVOID Arg2）
{
//这里用事件的方式通知主机DSP中断的发生，事件句柄事先从主机端传到DSP； m_pEvent->Set（）；//置事件；
}
4 结 语
通过以上的驱动程序，PC机上的应用程序通过PCI总线下载信号处理程序到DSP，同时监控信号处理过程，并将DSP处理结果通过PCI总线传给PC机，利用windows2000/XP操作系统友好的图形化界面，用户可以对DSP处理结果进行存储，显示，事后分析，从而组建起完整的通用雷达信号处理平台。而且在调试和使用过程中，可以灵活方便地下载不同的DSP应用程序，克服了以往为了加载不同的DSP应用程序，需要不断反复烧写ROM等烦琐过程。另外考虑到驱动程序具有通用性，通常根据不同软件的需要对驱动程序进行不同的封装，本驱动就是利用MFC封装成动态连接库（DLL）的形式提供给用户。本文描述的TMS320C6412是TMS320C6X系列中的一款，通过它开发的PCI驱动程序对于开发其他DSP的驱动程序有很好的借鉴性。文章中的所有程序代码均在windows2000/xp的Visual C++ 6.0 环境下编译、调试通过，并已应用于实际工程中。
参考文献
[1] TMS320C6000 Dsp Peripheral Component Interconncet（PCI） Reference Guide [EB/OL].[2007-3].
www.ti.com.cn/cn/lit/ug/spru581c/spru581c.pdf
[2] TMS320C6412 Fixed-Point Digital Signal Processor Data Manual[EB/OL].[2010-10]. www.ti.com.cn/cn/lit/ds/sprs219j/sprs219j.pdf
[3] 武安河，邰铭，于洪涛. Windows2000/XP WDM 设备驱动程序开发[M].北京：电子工业出版社.2005
[4][美] Tom Shanley Don Anderson著，刘晖，冀然然，夏意军译.PCI系统结构[M].北京：电子工出版.2001
作者简介：
黎明也：男，1992年毕业于电子科技大学，学士学位，现任职上海微波设备研究所（中国电子科技集团公司第51研究所），高级工程师，长期从事系统设计及硬件开发工作。
周静：女，1996年毕业于西安公路交通大学，学士学位，现任职上海微波设备研究所（中国电子科技集团公司第51研究所），高级工程师，长期从事设备驱动程序设计，嵌入式软件开发等工作。