PCI总线语音卡及WDM驱动程序设计

1、pci总线语音卡及wdm驱动程序设计cti(computer telephone integration)即计算机电话集成技术已经进展了30多年。其中电话语音卡是cti中的典型应用之一，它作为电脑与公用电话网的接口设备，应用领域已经渗透到社会各个部门。同时，在语音卡的开发中也不断注入了新的技术，软件上有语音合成、语音识别等技术，而硬件上最重要的就是技术和pci技术。研制了基于tms320vc5410 dsp的pci语音卡，并设计了相应的wdm设备驱动程序，取得了良好的效果。1 硬件设计1.1 pci总线控制芯片pci2040pci总线是一种不依附于某个详细处理器的局部总线，它支持32位或64位

2、的总线宽度，频率通常是33mhz，目前最快的pci2.0总线工作频率是66mhz。工作在33mhz、32位时，理论上最大数据传输速率能达到133mb/s。它支持猝发工作方式，提高了传输速度，支持即插即用，pci部件和驱动程序可以在各种不同的平台上运行。实现pci总线协议普通有两种办法，一是用设计实现，但pci协议比较复杂，因此难度较大；二是采纳pci总线控制芯片，如amcc公司的s5933、plx公司的pci9080等通用的pci接口芯片。ti公司特地推出了针对pci总线和dsp接口的芯片pci20402，它不但实现了pci总线控制的功能，而且提供了和dsp芯片无缝的接口，因而大大简化了系统设

3、计的复杂度并缩短了开发时光。pci2040内部功能框图1所示。pci2040是一个pci-dsp桥接器件，它提供了pci局部总线和tms320c54x 8位主机接口(hpi)与tms320c6x 16位主机接口的无缝衔接。一片pci2040最多能同时挂接4片dsp芯片。同时，它还提供了一个串行eeprom接口，一个通用输入输出接口(gpio)和一个16位通用总线接口(为ti jtag测试总线控制器提供接口)。pci2040只能作为pci目标设备用法，不能作为pci主设备用法；它只支持单字的读写，不能提供dma操作。pci2040能够兼容3.3v和5v信号环境?系统中的3.3v和5v信号可以挺直

4、从pci插槽中获得。1.2 语音卡硬件设计1.2.1 功能简介及硬件框图语音卡是基于tms320vc5410 dsp和pci2040而设计的。此卡的主要功能是：(1)通过电话信号音检测模块，将对方说话的声音经a/d转换后，交给dsp举行压缩处理，采纳g.729编码算法压缩后速率可达到8kbps，然后将压缩后的码流通过pci2040经pci总线存放在计算机硬盘上，从而实现录音功能。(2)将存在硬盘上的压缩码流(以文件形式存在)，通过pci2040经pci总线传送到dsp的内部缓冲区中，举行解压缩处理(g.729解码算法)，并将解码后的数据通过d/a转换回放出来。语音卡硬件框图2所示。电话信号音检

5、测部分主要实现振铃检测、摘挂机及话音传输功能。系统的核心是dsp，它完成各种复杂算法的处理，包括g.729编解码算法、回声消退算法、话音检测及软件摘挂机算法等。tms320vc5410是ti 54x系列中一款高性能的dsp，它的处理功能达到100，因此能满足算法复杂度的要求。它的最大特点是片内集成了64k×16bit的ram和16k×16bit的rom因而不需要外加sram或sdram就可以满足系统设计的要求。tms320vc5410内置了3个多通道缓冲串行口(mcbsp)、6个dma通道和一个8位增加型hpi口，可以便利地和外部举行数据交换。在语音卡的设计中，采纳pci2

6、040来完成dsp与主机交换数据的任务。1.2.2 pci2040与tms320vc5410接口pci2040与tms320vc5410 hpi口的衔接3所示。pci_ad31pci_ad15打算了pci2040的控制空间基地址(control space base address)寄存器的值，这个值事实上是系统自动分配的。全部的pnp器件都是如此?它将控制空间映射到主机内存，映射的空间大小为232-17=32kb。dsp芯片的挑选是通过解码pci_ad14、pci_ad13来实现的。而pci_ad12和pci_ad11分离映射到hcntl1和hcntl0，用以打算拜访dsp hpi寄存器的方

7、式。其对应关系如表1所示。因此，dsp与pc交换数据的过程，也就是读写hpi寄存器的过程。详细描述如下：(1)初始化pci2040内部配置寄存器，指向特定的dsp(本系统惟独一个dsp和pci2040相连)，指定数据传输宽度为8位。(2)分配hpi 基地址和控制空间基地址，允许pci2040举行内存映射或i/o端口映射。值得注重的是，pci2040控制空间只能映射在主机的内存空间里，不能映射在i/o空间。以上两步都由驱动程序完成。(3)脱离复位状态后，pci2040解码从pci总线来的地址，以此来做出响应。若落入32kb的控制空间中，则按照hcntl1和hcntl0及片选状况拜访相应hpi寄存

8、器。(4)设定hpi控制寄存器中的bob位，挑选正确的凹凸8位罗列方式。(5)主机开头对hpi寄存器举行读写。2 基于wdm的pci驱动程序设计2.1 wdm驱动程序结构及原理wdm是新一代的驱动程序构架，它是一个跨平台的驱动程序模型，在windows 98以上的操作系统中都实现了全面兼容。不仅如此，wdm驱动程序还可以在不修改源代码的状况下经过重新编译后在非intel平台上运行，因而为驱动程序开发人员提供了极大的便利。wdm驱动程序是分层的，即不同层上的驱动程序有着不同的优先级，而windows 9x下的vxd则没有此结构。另外，wdm还引入了功能设备对象fdo(functional dev

9、ice object)与物理设备对象pdo(physical device object)两个新概念来描述硬件。pdo代表实际存在的硬件设备，它是在总线驱动程序(bus driver)下枚举并建立的，负责与真切硬件举行i/o操作。fdo是由用户驱动程序建立的，普通来说，它是用户与真切硬件举行i/o操作的一个窗口，是win32赖以交流内核的一个桥梁。对于驱动程序开发者，真正需要做的就是开发fdo。至于pdo，则由bus driver建立，并在需要的时候作为参数由i/o manager或其它系统组件传给你的fdo。在应用层与底层举行通讯时，操作系统为每一个用户哀求打包成一个irp(io reque

10、st packet)结构，将其发送至驱动程序，并通过识别irp中的pdo来识别是发送给哪一个设备的。另外，wdm不是通过驱动程序名称，而是通过一个128位的全局惟一标识符(guid)来识别驱动程序的。wdm驱动程序都有一个初始化入口点，即driverentry，它相当于中的main函数。当wdm驱动程序被装入时，内核调用driverentry例程。另外wdm设备驱动程序还需要一个即插即用模块，即adddevice。adddevice例程就是pnp管理器在用户插入新设备时调用它来创建wdm设备对象的。2.2 pci语音卡驱动程序设计pci总线支持即插即用，因而采纳wdm模型来设计驱动程序将使程序

11、越发合理，支持更多的操作系统，并且在安装维护上越发便利。该驱动程序主要用driverstudio 2.5加vc+ 6.0设计。driverstudio对ddk举行封装，利用向导可生成驱动程序框架。在此基础上再添加针对语音卡处理的函数及语句即可完成设计，调试工具为softice。程序结构框图4所示。pci2040.lib和pci2040.dll处于ring3层，它封装了和底层驱动打交道的函数，对外只显现出如open_device()、close_device(handle hdevice)、record(handle hdevice，lpstr filename)、play(handle hde

12、vice，lpstr filename)等api函数。这样可以让多种编程语言以dll的形式来调用，给用法者提供了便利。核心编程是pci2040.sys，它处于ring0层，为ring3层和pci语音卡举行数据交换搭建了一个桥梁。驱动程序中主要模块有:?(1)onstartdevice()，在这个例程里驱动程序将得到pnp管理器为语音卡所分配的硬件资源，包括hpi csr基地址和hpi控制空间基地址，对pci配置空间举行初始化。初始化中断等。需要注重的是，在初始化中断之前禁止卡向主机发中断，因此应有屏蔽中断的操作。(2)devicecontrol()，在这个例程中可以定制自己的函数来达到ring

13、3层和ring0层互相通讯的目的。通过ioctl_code可以区别不同的哀求。例如：define send_hevent ctl_code(file_device_unknown， 0x802， method_buffered， file_any_access)在devicecontrol()中，可执行如下语句：case send_hevent：status = send_hevent_handler(i)；/接收应用程序传递给wdm的大事句柄m_irq.connect(linkto(isr_irq), this)； /衔接中断int_mask_set_ul=(ulong)0x80000001

14、； /开相应中断屏蔽位m_ctlmemoryrange.outw(ulong)0x0000，0x0b0b)；/清除中断位，等待中断到来break；把衔接中断的函数放在devicecontrol()里，并没有和初始化中断(在onstartdevice()中)放在一起，不然会在win2000里引起死机。dsp语音卡是基于中断处理的，因此上面的程序就起了这样一个作用：当语音卡向主机发中断时，驱动程序就跳到isr_irq执行，并在dpcfor_irq中将大事设置为信号态，从而通知上层应用程序举行处理。(3)isr_irq()，这个例程是用来处理中断的。windows 2000的中断处理机制是假定多个设备可以分享一个硬件中断。因此，isr的首要工作就是找出哪一个设备发生了中断。假如没有，则应当立即返回false，以便hal能把中断送往其它设备驱动程序。中断服务例程isr执行在提升的irql上，在dirql级别上运行