驱动程序(9) 利用Windriver修改代码实现DMA传输定制功能的驱动程序

前言

前一篇文章讲到了利用windriver来生成一个对应使用的板卡的驱动程序，并且有相对应的INF文件给板卡安装上。这个生成的驱动程序代码包含了基本的访问板卡的功能，甚至可以实现DMA传输等功能(需要你的板卡支持DMA操作)，但是这个驱动程序是基于交互式的，将程序编译生成exe文件运行后，还需要操作者输入访问的寄存器偏移地址或者数据等，没法做到自动执行。所以，我们在得到这份驱动代码后，基于这个框架，需要自行修改部分内容，来满足自身的需求。

Windriver驱动程序结构

首先我们先来看下生成的驱动程序的结构，pcie_1206是我自己命名，主要是kp_pcie1206.c、pcie1206_lib.c和pcie1206_diag.c。其中kp.c文件是用来和内核态进行交互的，除非你需要使用到kernel PlugIn功能，不然这个文件可以不用修改，只需要注意下编译时不报错就行；lib.c文件主要包含了一些库，使用Windriver下的WDC API，让上层软件可以访问到板卡，同时也会将一些WDC API二次封装成pcie1206(你所命名下的)的API，可以自行选择是否使用；diag.c就是基于用户态下的应用程序，来访问板卡上的资源，驱动程序需要修改的部分主要集中在这个文件。
接着我们再来看下diag.c的main()

int main(void)
{WDC_DEVICE_HANDLE hDev = NULL;DWORD dwStatus;printf("\n");printf("PCIE1206 diagnostic utility.\n");printf("Application accesses hardware using " WD_PROD_NAME ".\n");/* Initialize the PCIE1206 library */dwStatus = PCIE1206_LibInit();if (WD_STATUS_SUCCESS != dwStatus){PCIE1206_ERR("pcie1206_diag: Failed to initialize the PCIE1206 library: %s",PCIE1206_GetLastErr());return dwStatus;}/* Find and open a PCIE1206 device (by default ID) */hDev = DeviceFindAndOpen(PCIE1206_DEFAULT_VENDOR_ID, PCIE1206_DEFAULT_DEVICE_ID);/* Display main diagnostics menu for communicating with the device *///MenuMain(&hDev);  //此处用来交互访问板卡资源，可以选择注释掉，自行编写需求功能//自行编写的定制化功能DWORD TransferSize = 1024 * 1024 * 128;ReservedMemoryDMA(hDev, TransferSize, 0);/* Perform necessary cleanup before exiting the program: *//* Close the device handle */if (hDev)DeviceClose(hDev, NULL);/* Uninitialize libraries */dwStatus = PCIE1206_LibUninit();if (WD_STATUS_SUCCESS != dwStatus){PCIE1206_ERR("pcie1206_diag: Failed to uninitialize the PCIE1206 library: %s",PCIE1206_GetLastErr());}system("pause>nul");return dwStatus;
}

main函数里首先将WDC API相关的库初始化；接着找到我们使用的PCI设备，打印相关信息，并返回设备的相关句柄；然后就可以自行编写定制化功能的代码了，这里我做了一个DMA传输相关的功能；最后就是关闭句柄，解除库等操作。

DMA传输

windriver其实已经提供了一套DMA传输的流程操作，在DriverWizard的help里找到PCI User’s Manual手册，打开之后9.1节会讲到DMA传输。根据分配DMA Buffer方式的不同，DMA传输又可以分成Contiguous buffer和Scatter/Gather。
Contiguous buffer的方式需要分配到一整块连续的物理内存，对于操作系统来讲，较大buffer的分配不是一件容易的事情，很多情况下是要看你的电脑内存够不够，而且够了也不一定能分配到连续的。而Scatter/Gather则是分散聚合的模式，可以将多块小的物理内存块聚合起来一起使用，只需要通过链表将这些内存块一一串联起来。当然具体用什么方式需要跟不同的需求来决定的。
这里以Contiguous buffer的方式说明一下DMA传输的流程。整个DMA传输过程全部放在了DMARoutine()函数里，需要输入的参数有hDev(获取到的设备句柄)、dwDMABUfSize(申请的内存buffer大小)、u32LocalAddr(自行确认有没有这个需求，我做的时候把这个参数去掉了)、dwOptions(申请buffer传递给WDC API的标志位，比较重要)、fPolling(轮询标志位，我最后采用了轮训方式，也可以选择不需要这个参数，自行设计)、fToDev(DMA传输的方向，Device->host还是host->Device，关系到buffer的分配)。

BOOL DMARoutine(WDC_DEVICE_HANDLE hDev, DWORD dwDMABufSize,UINT32 u32LocalAddr, DWORD dwOptions, BOOL fPolling, BOOL fToDev)
{PVOID pBuf = NULL;WD_DMA *pDma = NULL;BOOL fRet = FALSE;/* Allocate a DMA buffer and open DMA for the selected channel */if (!DMAOpen(hDev, &pBuf, u32LocalAddr, dwDMABufSize, fToDev, &pDma))goto Exit;/* Enable DMA interrupts (if not polling) */if (!fPolling){if (!MyDMAInterruptEnable(hDev, MyDmaIntHandler, pDma))goto Exit; /* Failed enabling DMA interrupts */}/* Flush the CPU caches (see documentation of WDC_DMASyncCpu()) */WDC_DMASyncCpu(pDma);/* Start DMA - write to the device to initiate the DMA transfer */MyDMAStart(hDev, pDma);/* Wait for the DMA transfer to complete */MyDMAWaitForCompletion(hDev, pDma, fPolling);/* Flush the I/O caches (see documentation of WDC_DMASyncIo()) */WDC_DMASyncIo(pDma);fRet = TRUE;Exit:DMAClose(pDma, fPolling);return fRet;
}/* DMAOpen: Allocates and locks a contiguous DMA buffer */
BOOL DMAOpen(WDC_DEVICE_HANDLE hDev, PVOID *ppBuf, UINT32 u32LocalAddr,DWORD dwDMABufSize, BOOL fToDev, WD_DMA **ppDma)
{DWORD dwStatus;DWORD dwOptions = fToDev ? DMA_TO_DEVICE : DMA_FROM_DEVICE;/* Allocate and lock a contiguous DMA buffer */dwStatus = WDC_DMAContigBufLock(hDev, ppBuf, dwOptions, dwDMABufSize, ppDma);if (WD_STATUS_SUCCESS != dwStatus){printf("Failed locking a contiguous DMA buffer. Error 0x%lx - %s\n",dwStatus, Stat2Str(dwStatus));return FALSE;}/* Program the device's DMA registers for the physical DMA page */MyDMAProgram((*ppDma)->Page, (*ppDma)->dwPages, fToDev);return TRUE;
}/* DMAClose: Frees a previously allocated contiguous DMA buffer */
void DMAClose(WD_DMA *pDma, BOOL fPolling)
{/* Disable DMA interrupts (if not polling) */if (!fPolling)MyDMAInterruptDisable(hDev);/* Unlock and free the DMA buffer */WDC_DMABufUnlock(pDma);
}

核心函数是DMAOpen()，它分配了一个连续物理地址的buffer，并将其在内核态下锁定起来，这里使用到了WDC_DMA_ContigBufLock函数来和内核态下进行交互，并且返回一个WD_DMA的结构体，里面包含了DMA buffer相关的信息，例如分配的物理地址，对应的虚拟地址，分配buffer的长度等等。需要注意的是如果使用这种方式分配大于1M的buffer，最好在INF文件里提前进行预分配，不然很容易分配失败。
WDC_DMASynCpu()和WDC_DMASyncIo()用来刷新缓存，防止出现缓存和内存上数据不一致。MyDMAProgram()用来设计板卡的DMA模块相关的寄存器；MyDMAStart()用来告知设备开始启动DMA传输；MyDMAInterruptEnable()用来设置DMA传输完成后发出的中断，也可以改为轮询方式；MyDMAWaitForCompletion()用来等待传输完成；其实这几个自定义的函数不用每一个都会使用到的，可以根据自己需求来进行相关的设计。
如果想分配大于1M的内存buffer，需要提前在INF文件里进行预分配，在INF文件的[UpdateRegistryDevice]进行如下配置。以下是单向的buffer预分配，分为Host-to-device和Device-to-host，我们只需要修改每一行最后的那个参数，buffer size和DMA flags，另外在使用WDC_DMA_ContigBufLock函数之前，dwOptions需要和这里的DMA flags保持一致才行。同时在执行分配函数的时候，如果事先打开了Debug Monitor软件，buffer分配成功了会打印出 using preallocated buffer字样。

; Host-to-device DMA buffer:
HKR,,"DmaToDeviceBytes",0x00010001,0x100000   ; Buffer size, in bytes
HKR,,"DmaToDeviceOptions",0x00010001,0x41     ; DMA flags (0x40=DMA_TO_DEVICE; + 0x1=DMA_KERNEL_BUFFER_ALLOC)
; Device-to-host DMA buffer:
HKR,,"DmaFromDeviceBytes",0x00010001,0x100000 ; Buffer size, in bytes
HKR,,"DmaFromDeviceOptions",0x00010001,0x21   ; DMA flags (0x20=DMA_FROM_DEVICE; + 0x1=DMA_KERNEL_BUFFER_ALLOC)

windriver下实现DMA传输就是这样，当然如果想实现更复杂的功能，还需各位自行设计，User’s Manual手册基本上都讲到了，参照手册来就行了；之后可能再会讲一些windriver里的操作方法。

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