多路實時數(shù)字音頻系統(tǒng)中的PCI通信

關(guān)鍵詞： PCI , 多路實時 , 數(shù)字音頻 , 通信

1 引言

多路實時數(shù)字音頻系統(tǒng)采用TI公司的TMS320C5402數(shù)字信號處理芯片來實現(xiàn)，由于該系列芯片采用了改進的哈佛結(jié)構(gòu)，擁有專用的硬件乘法器和專為數(shù)字信號處理而設(shè)計的指令系統(tǒng)，快速的指令周期和良好的多DSP并行運行特性，使得DSP芯片非常適合于實時數(shù)字信號處理，廣泛應(yīng)用于無線通信、語音識別、工業(yè)控制、自動化儀器等領(lǐng)域。該系統(tǒng)用TMS320C5402芯片外接一個2X4路的A／D芯片Maxl25CEAX實現(xiàn)對多路數(shù)字音頻的實時處理，然后將處理數(shù)據(jù)通過PCI2040傳送到PC機進行后繼處理并保存，或從PC機接受命令進行相應(yīng)操作，實現(xiàn)PC機和DSP之間的數(shù)據(jù)傳送，需要DSP程序、應(yīng)用程序、驅(qū)動程序三者相互協(xié)調(diào)工作。

2 WindOWS管理體系

Win98體系結(jié)構(gòu)支持4種基本程序：管理程序、win32應(yīng)用程序、winl6應(yīng)用程序和DOS應(yīng)用程序，每種程序在不同的執(zhí)行環(huán)境中運行。(1)管理程序在Ring0層(核心態(tài))中的保護模式下運行，所以能訪問和控制實際硬件環(huán)境，管理程序是在實際機器上，而不是在虛擬機上運行，在所有構(gòu)成win98的組件中，只有VMM和驅(qū)動程序在管理程序的環(huán)境中執(zhí)行，可以直接對硬件進行操作。(2)Win32應(yīng)用程序和Winl6應(yīng)用程序都在Ring3層(用戶態(tài))的保護模式下運行，Win32應(yīng)用程序可以訪問4GB的虛擬內(nèi)存，而Winl6應(yīng)用程序只能訪問16MB的虛擬內(nèi)存。(3)DOS應(yīng)用程序運行在V86模式下，它也運行在Ring3層的訪問級別上，硬件訪問和中斷被隱藏和虛擬，該系統(tǒng)編寫的是32位應(yīng)用程序，它運行在虛擬環(huán)境之下，它對I／o端口的查詢，對一個內(nèi)存映射的外圍設(shè)備的查詢以及可能導致傳送到虛擬機之外的操作都會被Windows捕獲，所以其本身并不能直接訪問硬件和系統(tǒng)數(shù)據(jù)，而需要通過驅(qū)動程序來完成。

即插即用(PnP)是微軟公司為了使新的硬件設(shè)備更加方便使用而采取的一種策略，PnP設(shè)備能夠自身識別、自動提出資源要求，并且可以在運行時接受資源分配。該系統(tǒng)開發(fā)中的PCI總線就是即插即用的。在即插即用的系統(tǒng)中的配置管理是由配置管理器來控制。配置管理器使用設(shè)備節(jié)點、設(shè)備節(jié)點樹、注冊表來保持數(shù)據(jù)；配置管理器由枚舉器、仲裁器、設(shè)備安裝器、設(shè)備驅(qū)動器4個主要軟件來工作；配置管理器的工作流程如圖1所示。

 

3 設(shè)備內(nèi)存映射方法

盡管驅(qū)動程序運行在核心層，但它所見的是平面內(nèi)存，只能用線性地址進行訪問。所有驅(qū)動程序?qū)?nèi)存的訪問都必須經(jīng)過頁表將線性地址轉(zhuǎn)換成物理地址。因此，驅(qū)動程序在訪問一個特殊的內(nèi)存映射硬件之前，必須先配置頁表，保證設(shè)備的物理地址與一個線性地址相聯(lián)系。這個線性地址可以用作指針。驅(qū)動程序不能控制頁表，它必須調(diào)用虛擬機管理器提供的服務(wù)。

對老式非即插即用設(shè)備，只要給出設(shè)備內(nèi)存的物理地址和字節(jié)長度，獲取一般在硬件上手動設(shè)置，然后調(diào)用MapPhysToLinear()函數(shù)獲取此物理地址的線性地址，就可進行訪問。

對即插即用設(shè)備，其物理地址可以通過調(diào)用函數(shù)CM_Get_Alloc_Log_Conf()獲取，但因為在Windows運行期間，即插即用的物理地址可能改變，而MapPhys-ToLinear()函數(shù)返回的線性地址所對應(yīng)的物理地址不變，這樣就會造成訪問錯誤。對于物理地址可變的動態(tài)配置設(shè)備，驅(qū)動程序必須將內(nèi)存映射過程分成3步。

(1)使用PageReserve()函數(shù)，分配一塊線性地址空間。此空間并不和具體的物理地址相關(guān)聯(lián)，僅是線性地址的頁表進入項。

(2)使用PageCommitPhys()函數(shù)，將線性地址映射到設(shè)備的物理地址，此時對線性地址的操作就是在相應(yīng)的物理地址之上操作。

(3)使用LinPageLock()函數(shù)，阻止虛擬內(nèi)存管理器將這些頁交換到磁盤空間，以保證在硬件中斷期間，這些地址都是有效的。

當設(shè)備卸載時，驅(qū)動程序可以調(diào)用LinPageUnLock()，PageDecommit()，PageFree()來解除設(shè)備的內(nèi)存映射，這里每一個調(diào)用都是上述3步調(diào)用的反過程。

4 PCI配置寄存器訪問

根據(jù)PCI總線規(guī)范要求，任何PCI設(shè)備都必須提供256字節(jié)的配置空間，用來完成對設(shè)備的安裝、配置、引導和設(shè)備再定位等功能。在該系統(tǒng)中要求將HPI控制標志和狀態(tài)寄存器以及HPI控制空間映射到PC機內(nèi)存，所以必須對PCI2040配置寄存中的命令寄存器進行修改，從而實現(xiàn)設(shè)備內(nèi)存映射。這需要通過32位配置地址端口(占用IO地址OxOcf8~OxOcfb)和32位配置數(shù)據(jù)端口(占用IO地址OxOcfc~OxOcff)訪問PCI配置寄存器。其中位于0xcf8的IO端口的寄存器相當于一個地址寄存器，位于0xcfc端口的寄存器相當于數(shù)據(jù)寄存器。配置數(shù)據(jù)端口中存放著配置地址端口中的配置地址所指向的內(nèi)存的內(nèi)容。配置地址端口寄存器各位的意義見表1。