基于PCI Express總線的雷達數據記錄器驅動程序開發
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在數據采集系統中，大量的數據必須通過總線傳到計算機內存中，傳統的PCI總線越來越不能滿足人們對帶寬增長的需要。為解決這一矛盾，PC行業協會和外設廠商一起發布了PCI Express總線[1]規范，并且于2004年在標準臺式機上得到應用。該技術可以有效地提高設備至計算機內存的數據傳輸速率。相對于PCI總線，它最大的特點是實現點到點的數據傳輸[2]，每個設備有自己專用的雙向數據通道，數據以包的形式串行傳輸，每個通道具有單方向250MB/S的數據傳輸速度。多個通道可以組合在一起形成x1(單通道)、x2、x4、x8、x12、x16和x32的信道以提高帶寬。
在合成孔徑雷達系統中，大量的回波數據需要實時記錄下來以便進行事后成像處理。而PCI Express總線高帶寬的優點可以很好的滿足高速雷達數據記錄的需要，而要充分發揮PCI Express總線的作用，驅動程序設計是關鍵。本文介紹了在Windows XP系統下，雷達數據記錄器中PCI Express總線接口芯片PEX8311的驅動程序開發。
2 雷達數據記錄器介紹
雷達數據記錄器由一臺服務器計算機、PCI Express接口卡、SCSI卡和SCSI硬盤四部分組成，其中PCI Express接口卡的軟硬件自行設計，其它部分采用標準的外購件。雷達數據
通過PCI Express接口卡傳入計算機內存，計算機再將數據通過SCSI卡寫在SCSI硬盤上。
PCI Express接口卡采用美國PLX公司推出的PEX8311作為本地總線和PCI Express總線的接口。PEX8311[3]是一款x1的PCI Express接口芯片，本地端總線頻率最高可達66MHZ，數據位寬32bit。PEX8311含有4KB的配置空間，其中前256字節是和PCI設備功能上是兼容的，其余是PCI Express擴展配置空間。本文采用PEX8311的引腳LINTi#接收外部中斷信號，使用DMA通道0進行塊DMA方式讀數據。
接口卡的結構框圖如圖1所示，利用差分轉換芯片先將外部差分信號轉換成單端信號，兩塊FIFO的“乒乓”傳輸以實現數據的連續傳輸，單個FIFO容量為512KB。在CPLD的控制下，兩塊FIFO的數據輪流通過PEX8311的DMA通道0傳入計算機。
圖1 PCI Express接口卡框圖
具體工作過程：當其中一個FIFO被寫滿數據后，在CPLD控制下，外部數據繼續寫入另一個FIFO，同時，CPLD使PEX8311的LINTi#輸入為低電平，這會產生一個LINT#中斷，驅動程序響應中斷并啟動DMA傳輸讀取FIFO中的數據到DMA緩存中。讀完后，驅動程序通知應用程序將DMA緩存的數據寫到SCSI盤上。
3 WDM驅動程序概述
WDM是一種分層驅動程序模型[4]，如圖2所示。系統啟動時，總線驅動程序枚舉總線上的設備，并為每個設備創建一個物理設備對象（PDO）；然后PnP管理器根據注冊表中的信息查找與這個PDO相關的過濾驅動程序和功能驅動程序，建立的過濾設備對象（FIDO）
圖2 WDM分層驅動模型
和功能設備對象（FDO），最終，系統完成設備驅動的裝入過程。設備擴展對象是與設備對象關聯的另一種重要的數據結構，它是一塊未分頁的內存，I/O管理器自動把它分配給已建立的任何設備擴展對象，可以用它來保存與設備關聯的任何信息，驅動程序需要時，只要在設備擴展對象中取出這些資源使用即可。
IRP全名為IO Request Packet，即I/O請求包，是系統創建的一種數據結構。當應用程序對設備操作時，I/O管理器根據具體的請求建立相應的IRP，IRP先被I/O管理器發送到最上層的驅動程序處理，然后依次傳遞給下層的驅動程序處理。每層驅動程序可以不作任何事情而直接將IRP向下傳遞，也可以直接將該IRP設置為完成狀態。
4 PEX8311驅動程序設計
微軟提供的驅動程序開發軟件包DDK（Device Driver Kits）提供了用于驅動程序開發的資源文件、編譯連接程序、開發技術文檔等。第三方開發工具有NuMega公司DriverStudio和Jungo公司的WinDriver，它們對DDK進行了封裝，方便用戶進行驅動開發。但效率方面不如DDK。考慮到雷達數據記錄的數據率較高，所以本文采用DDK開發PEX8311的驅動程序。總線驅動程序由系統提供，過濾驅動程序是可選的。所以本文只設計了PEX8311的功能驅動程序（以下簡稱驅動程序），它主要由驅動程序初始化、數據傳輸初始化、數據傳輸模塊三部分組成。其基本思想是：應用程序與驅動程序共享DMA緩存，當驅動程序接收到一個LINT#中斷時，啟動DMA讀取FIFO中的數據存在DMA緩存中，每次讀完后，驅動程序通過事件通知應用程序取出DMA緩存中的數據存在SCSI硬盤上。
4.1 驅動程序初始化
DriverEntry是驅動程序的入口函數，負責初始化驅動程序對象。系統啟動時，如果檢測到PEX8311的存在，I/O管理器會建立一個未初始化的驅動程序對象并將它作為一個參數傳給DriverEntry。DriverEntry把驅動程序其它例程的函數指針裝入到驅動程序對象里面。當一個IRP被發送到設備時，I/O管理器使用該IRP關聯的驅動程序對象找到正確的驅動程序例程處理。初始化的主要函數指針有：AddDevice、DriverUnload、DispatchCreate、DispatchClose、DispatchIoControl、DispatchCleanup、DispatchPnp、DispatchPower。 合成孔徑雷達相關文章:合成孔徑雷達原理
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