PCI總線語音卡及WDM驅(qū)動程序設(shè)計

1、pci總線語音卡及wdm驅(qū)動程序設(shè)計cti(computer telephone integration)即計算機(jī)電話集成技術(shù)已經(jīng)進(jìn)展了30多年。其中電話語音卡是cti中的典型應(yīng)用之一，它作為電腦與公用電話網(wǎng)的接口設(shè)備，應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)滲透到社會各個部門。同時，在語音卡的開發(fā)中也不斷注入了新的技術(shù)，軟件上有語音合成、語音識別等技術(shù)，而硬件上最重要的就是技術(shù)和pci技術(shù)。研制了基于tms320vc5410 dsp的pci語音卡，并設(shè)計了相應(yīng)的wdm設(shè)備驅(qū)動程序，取得了良好的效果。1 硬件設(shè)計1.1 pci總線控制芯片pci2040pci總線是一種不依附于某個詳細(xì)處理器的局部總線，它支持32位或64位

2、的總線寬度，頻率通常是33mhz，目前最快的pci2.0總線工作頻率是66mhz。工作在33mhz、32位時，理論上最大數(shù)據(jù)傳輸速率能達(dá)到133mb/s。它支持猝發(fā)工作方式，提高了傳輸速度，支持即插即用，pci部件和驅(qū)動程序可以在各種不同的平臺上運(yùn)行。實現(xiàn)pci總線協(xié)議普通有兩種辦法，一是用設(shè)計實現(xiàn)，但pci協(xié)議比較復(fù)雜，因此難度較大；二是采納pci總線控制芯片，如amcc公司的s5933、plx公司的pci9080等通用的pci接口芯片。ti公司特地推出了針對pci總線和dsp接口的芯片pci20402，它不但實現(xiàn)了pci總線控制的功能，而且提供了和dsp芯片無縫的接口，因而大大簡化了系統(tǒng)設(shè)

3、計的復(fù)雜度并縮短了開發(fā)時光。pci2040內(nèi)部功能框圖1所示。pci2040是一個pci-dsp橋接器件，它提供了pci局部總線和tms320c54x 8位主機(jī)接口(hpi)與tms320c6x 16位主機(jī)接口的無縫銜接。一片pci2040最多能同時掛接4片dsp芯片。同時，它還提供了一個串行eeprom接口，一個通用輸入輸出接口(gpio)和一個16位通用總線接口(為ti jtag測試總線控制器提供接口)。pci2040只能作為pci目標(biāo)設(shè)備用法，不能作為pci主設(shè)備用法；它只支持單字的讀寫，不能提供dma操作。pci2040能夠兼容3.3v和5v信號環(huán)境?系統(tǒng)中的3.3v和5v信號可以挺直

4、從pci插槽中獲得。1.2 語音卡硬件設(shè)計1.2.1 功能簡介及硬件框圖語音卡是基于tms320vc5410 dsp和pci2040而設(shè)計的。此卡的主要功能是：(1)通過電話信號音檢測模塊，將對方說話的聲音經(jīng)a/d轉(zhuǎn)換后，交給dsp舉行壓縮處理，采納g.729編碼算法壓縮后速率可達(dá)到8kbps，然后將壓縮后的碼流通過pci2040經(jīng)pci總線存放在計算機(jī)硬盤上，從而實現(xiàn)錄音功能。(2)將存在硬盤上的壓縮碼流(以文件形式存在)，通過pci2040經(jīng)pci總線傳送到dsp的內(nèi)部緩沖區(qū)中，舉行解壓縮處理(g.729解碼算法)，并將解碼后的數(shù)據(jù)通過d/a轉(zhuǎn)換回放出來。語音卡硬件框圖2所示。電話信號音檢

5、測部分主要實現(xiàn)振鈴檢測、摘掛機(jī)及話音傳輸功能。系統(tǒng)的核心是dsp，它完成各種復(fù)雜算法的處理，包括g.729編解碼算法、回聲消退算法、話音檢測及軟件摘掛機(jī)算法等。tms320vc5410是ti 54x系列中一款高性能的dsp，它的處理功能達(dá)到100，因此能滿足算法復(fù)雜度的要求。它的最大特點(diǎn)是片內(nèi)集成了64k×16bit的ram和16k×16bit的rom因而不需要外加sram或sdram就可以滿足系統(tǒng)設(shè)計的要求。tms320vc5410內(nèi)置了3個多通道緩沖串行口(mcbsp)、6個dma通道和一個8位增加型hpi口，可以便利地和外部舉行數(shù)據(jù)交換。在語音卡的設(shè)計中，采納pci2

6、040來完成dsp與主機(jī)交換數(shù)據(jù)的任務(wù)。1.2.2 pci2040與tms320vc5410接口pci2040與tms320vc5410 hpi口的銜接3所示。pci_ad31pci_ad15打算了pci2040的控制空間基地址(control space base address)寄存器的值，這個值事實上是系統(tǒng)自動分配的。全部的pnp器件都是如此?它將控制空間映射到主機(jī)內(nèi)存，映射的空間大小為232-17=32kb。dsp芯片的挑選是通過解碼pci_ad14、pci_ad13來實現(xiàn)的。而pci_ad12和pci_ad11分離映射到hcntl1和hcntl0，用以打算拜訪dsp hpi寄存器的方

7、式。其對應(yīng)關(guān)系如表1所示。因此，dsp與pc交換數(shù)據(jù)的過程，也就是讀寫hpi寄存器的過程。詳細(xì)描述如下：(1)初始化pci2040內(nèi)部配置寄存器，指向特定的dsp(本系統(tǒng)惟獨(dú)一個dsp和pci2040相連)，指定數(shù)據(jù)傳輸寬度為8位。(2)分配hpi 基地址和控制空間基地址，允許pci2040舉行內(nèi)存映射或i/o端口映射。值得注重的是，pci2040控制空間只能映射在主機(jī)的內(nèi)存空間里，不能映射在i/o空間。以上兩步都由驅(qū)動程序完成。(3)脫離復(fù)位狀態(tài)后，pci2040解碼從pci總線來的地址，以此來做出響應(yīng)。若落入32kb的控制空間中，則按照hcntl1和hcntl0及片選狀況拜訪相應(yīng)hpi寄存

8、器。(4)設(shè)定hpi控制寄存器中的bob位，挑選正確的凹凸8位羅列方式。(5)主機(jī)開頭對hpi寄存器舉行讀寫。2 基于wdm的pci驅(qū)動程序設(shè)計2.1 wdm驅(qū)動程序結(jié)構(gòu)及原理wdm是新一代的驅(qū)動程序構(gòu)架，它是一個跨平臺的驅(qū)動程序模型，在windows 98以上的操作系統(tǒng)中都實現(xiàn)了全面兼容。不僅如此，wdm驅(qū)動程序還可以在不修改源代碼的狀況下經(jīng)過重新編譯后在非intel平臺上運(yùn)行，因而為驅(qū)動程序開發(fā)人員提供了極大的便利。wdm驅(qū)動程序是分層的，即不同層上的驅(qū)動程序有著不同的優(yōu)先級，而windows 9x下的vxd則沒有此結(jié)構(gòu)。另外，wdm還引入了功能設(shè)備對象fdo(functional dev

9、ice object)與物理設(shè)備對象pdo(physical device object)兩個新概念來描述硬件。pdo代表實際存在的硬件設(shè)備，它是在總線驅(qū)動程序(bus driver)下枚舉并建立的，負(fù)責(zé)與真切硬件舉行i/o操作。fdo是由用戶驅(qū)動程序建立的，普通來說，它是用戶與真切硬件舉行i/o操作的一個窗口，是win32賴以交流內(nèi)核的一個橋梁。對于驅(qū)動程序開發(fā)者，真正需要做的就是開發(fā)fdo。至于pdo，則由bus driver建立，并在需要的時候作為參數(shù)由i/o manager或其它系統(tǒng)組件傳給你的fdo。在應(yīng)用層與底層舉行通訊時，操作系統(tǒng)為每一個用戶哀求打包成一個irp(io reque

10、st packet)結(jié)構(gòu)，將其發(fā)送至驅(qū)動程序，并通過識別irp中的pdo來識別是發(fā)送給哪一個設(shè)備的。另外，wdm不是通過驅(qū)動程序名稱，而是通過一個128位的全局惟一標(biāo)識符(guid)來識別驅(qū)動程序的。wdm驅(qū)動程序都有一個初始化入口點(diǎn)，即driverentry，它相當(dāng)于中的main函數(shù)。當(dāng)wdm驅(qū)動程序被裝入時，內(nèi)核調(diào)用driverentry例程。另外wdm設(shè)備驅(qū)動程序還需要一個即插即用模塊，即adddevice。adddevice例程就是pnp管理器在用戶插入新設(shè)備時調(diào)用它來創(chuàng)建wdm設(shè)備對象的。2.2 pci語音卡驅(qū)動程序設(shè)計pci總線支持即插即用，因而采納wdm模型來設(shè)計驅(qū)動程序?qū)⑹钩绦?/p>

11、越發(fā)合理，支持更多的操作系統(tǒng)，并且在安裝維護(hù)上越發(fā)便利。該驅(qū)動程序主要用driverstudio 2.5加vc+ 6.0設(shè)計。driverstudio對ddk舉行封裝，利用向?qū)Э缮沈?qū)動程序框架。在此基礎(chǔ)上再添加針對語音卡處理的函數(shù)及語句即可完成設(shè)計，調(diào)試工具為softice。程序結(jié)構(gòu)框圖4所示。pci2040.lib和pci2040.dll處于ring3層，它封裝了和底層驅(qū)動打交道的函數(shù)，對外只顯現(xiàn)出如open_device()、close_device(handle hdevice)、record(handle hdevice，lpstr filename)、play(handle hde

12、vice，lpstr filename)等api函數(shù)。這樣可以讓多種編程語言以dll的形式來調(diào)用，給用法者提供了便利。核心編程是pci2040.sys，它處于ring0層，為ring3層和pci語音卡舉行數(shù)據(jù)交換搭建了一個橋梁。驅(qū)動程序中主要模塊有:?(1)onstartdevice()，在這個例程里驅(qū)動程序?qū)⒌玫絧np管理器為語音卡所分配的硬件資源，包括hpi csr基地址和hpi控制空間基地址，對pci配置空間舉行初始化。初始化中斷等。需要注重的是，在初始化中斷之前禁止卡向主機(jī)發(fā)中斷，因此應(yīng)有屏蔽中斷的操作。(2)devicecontrol()，在這個例程中可以定制自己的函數(shù)來達(dá)到ring

13、3層和ring0層互相通訊的目的。通過ioctl_code可以區(qū)別不同的哀求。例如：define send_hevent ctl_code(file_device_unknown， 0x802， method_buffered， file_any_access)在devicecontrol()中，可執(zhí)行如下語句：case send_hevent：status = send_hevent_handler(i)；/接收應(yīng)用程序傳遞給wdm的大事句柄m_irq.connect(linkto(isr_irq), this)； /銜接中斷int_mask_set_ul=(ulong)0x80000001

14、； /開相應(yīng)中斷屏蔽位m_ctlmemoryrange.outw(ulong)0x0000，0x0b0b)；/清除中斷位，等待中斷到來break；把銜接中斷的函數(shù)放在devicecontrol()里，并沒有和初始化中斷(在onstartdevice()中)放在一起，不然會在win2000里引起死機(jī)。dsp語音卡是基于中斷處理的，因此上面的程序就起了這樣一個作用：當(dāng)語音卡向主機(jī)發(fā)中斷時，驅(qū)動程序就跳到isr_irq執(zhí)行，并在dpcfor_irq中將大事設(shè)置為信號態(tài)，從而通知上層應(yīng)用程序舉行處理。(3)isr_irq()，這個例程是用來處理中斷的。windows 2000的中斷處理機(jī)制是假定多個設(shè)備可以分享一個硬件中斷。因此，isr的首要工作就是找出哪一個設(shè)備發(fā)生了中斷。假如沒有，則應(yīng)當(dāng)立即返回false，以便hal能把中斷送往其它設(shè)備驅(qū)動程序。中斷服務(wù)例程isr執(zhí)行在提升的irql上，在dirql級別上運(yùn)行