3 PCIExpress采集卡驅動設計

　　本系統驅動程序在WindowsXP操作系統下，應用微軟公司的DriverStudio平臺進行開發。DriverStudio平臺提供了驅動程序開發所需的WDM（Windows DriverMode，Windows驅動程序模型），包括VtoolsD、DriverWorks、DriverNetWorks和SoftICE等開發工具，應用該平臺開發降低了驅動程序開發的難度，同時了提高了代碼的可靠性。

　　3.1硬件驅動驅動程序

　　對外部硬件的訪問是通過DriverWorks提供的2個類來實現的，其中，KioRang類實現對I/O映射芯片的訪問，KMemoryRang類實現對內存映射芯片的訪問。本系統選擇了KMemoryRang完成PCI Express硬件的訪問，主要調用函數如表1所示。

　　表1 主要調用函數

　　KMemoryRang類主要函數初始化KMemoryRang類的操作是在驅動程序啟動例程中執行的，主要執行程序如下：NTSTATUSPCIeDevice（KIrpI）

　　｛…

　　PCM＿RESOURCE＿LIST pResListRaw＝I.AllocatedResources（）；PCM＿RESOURCE＿LIST pResListTranslated＝I.TranslatedResources（）；m＿MemoryRange.Initialize（pResListTranslated，pResListRaw，0）；…

　　｝當驅動程序完成初始化時，應用端軟件將通過inb（）和outb（）等函數對外部硬件電路進行訪問，讀寫數據。

　　3.2DMA傳輸實現

　　采用DMA傳輸能極大的減輕主機處理負擔，特別適用于大數據量處理系統。采用DriverWorks提供的KDmaAdapter類可輕松建立一個DMA 傳輸鏈路，實現DMA讀寫操作。用于FPGA總線協議模塊軟件層完成了相關DMA傳輸的控制，所以驅動程序DMA傳輸只需子在系統啟動DMA傳輸時，身心相應的內存作為公共緩沖區，用于外部DMA控制器存入數據文件，這里需要調用DriverWorks提供的KCommonDmaBuffer類，該類常用函數如表2所示。

　　VirtaulAddress（）函數返回的內核模式地址是提供給驅動程序讀寫公用緩沖區用的，而進行DMA傳輸時需要用到緩沖區的物理地址，也即需要寫入DMA參數寄存器的是緩沖區的物理地址。

　　3.3總線中斷處理

　　采集卡一共需要處理三種中斷請求，分別是DMA寫完成，DMA讀完成和錯誤中斷請求。在Driver－Works平臺中，KInterrupt類可用于處理硬件中斷，其主要函數包括中斷寄存器初始化，中斷連接函數，實現了將一個中斷服務例程連接到一個中斷和解除其連接等。

　　表2KCommonDmaBuffer類主要函數中斷處理函數首先在驅動程序構造的函數中調用 MEMBER＿ISR（class＿name，fuction＿name），聲明中斷服務例程為該類的一個成員函數，接著在驅動程序驅動例程中調用 InitializeAndConnect（），初始化中斷類實例，并與中斷服務例程連接起來。

　　這樣就完成了對外部硬件中斷的處理，當每次驅動程序檢測到硬件產生中斷脈沖時，中斷服務函數隨即被調用，從而轉入相應中斷處理程序中執行。

　　4采集卡性能測試

　　為測試采集系統性能，自行設計了應用軟件對采集卡數據傳輸速率進行統計，在Windows環境下，采用多種數據量進行DMA方式讀寫。應用端軟件根據數設定的數據包大小，申請不同的內存空間，并將虛擬地址映射到FPGA的DMA寄存器。實際測試采集速率結果如圖4所示。

　　圖4實際測試數據采集速率

　　根據圖4的測試結果，總線DMA傳輸速率與數據塊大小相關。當設定系統數據塊（即開辟的主機內存）大于32Mb時，采集卡的采集速率穩定在5.6Gb/s.實驗結果表明，該系統大幅度地提高了數據交互速度，發揮了PCIExpress總線的優越性能。

　　5結語

　　本文應用Xilinx公司的Virtex－6芯片設計了PCI Express高速采集卡，通過調用FPGA內部的PCIE集成協議硬核，配合總線DMA控制器，能夠快速可靠地采集外部差分數據，具有解碼、整形，高速采集存儲的功能，是大數據量交互的有效解決方案。