基于WDF的PCIe接口高速数据传输卡的驱动程序开发

论文摘要

计算机I/O技术在高性能计算的发展过程中始终是一个十分关键的技术。PCI Express体系结构的高速数据传输速率使其具有极广阔的发展前景。目前,越来越多的电子设备需要由计算机来进行控制,在高速数据传输方面,PCI Express接口无疑是一个较好的选择。因此,基于PCI Express总线的驱动程序开发显得尤为重要。本文结合自行开发的PCI Express接口高速数据传输卡,讨论了一般PCI Express设备驱动程序编写时所面临的主要问题和解决方案,重点从驱动程序、硬件接口以及应用程序等几个方面进行分析阐述,并比较详尽地介绍了使用WDF驱动模型开发具有命令控制、中断处理和DMA传输功能的驱动程序的有效方法。首先,本论文在比较PCI和PCI Express的基础上,对PCI Express总线协议作了比较深刻的理解和分析,基于FPGA技术的高层次设计方法对高速数据传输卡的硬件结构作了较为详细的介绍。文章以硬件功能模块的设计和实现为线索,阐述了电源管理模块、时钟管理模块、DDR存储模块、PCI Express接口模块、光纤传输模块和QTE扩展接口模块的设计方法。然后,对Windows操作系统内核结构以及WDF设备驱动程序的开发技术进行了分析和论述,深入剖析了WDF驱动程序模型的基本框架和运行机理,从驱动程序的初始化、IRP的处理、中断响应、DMA操作以及应用程序接口等方面详细讨论了高速数据传输卡驱动程序的开发过程。最后,针对高速数据传输卡的工作特点,给出了设备驱动程序的调试、安装、测试方法及结果。目前,本论文介绍的基于PCI Express高速数据传输卡及其驱动程序已经成功应用于高速海量存储设备,经测试性能完全满足指标要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 PCI Express 总线
• 1.2.1 PCI Express 总线与PCI 总线的比较
• 1.2.2 PCI Express 系统协议层次结构
• 1.2.3 PCI Express 规则发展情况
• 1.3 课题主要工作和研究成果
• 1.4 文章的结构
• 第二章 高速数据传输卡硬件设计
• 2.1 高速数据传输卡总体设计
• 2.2 电源管理模块
• 2.3 时钟管理模块
• 2.4 DDR 存储模块
• 2.5 PCI Express 接口模块
• 2.6 光纤传输模块
• 2.7 QTE 扩展接口模块
• 2.8 本章小结
• 第三章 WDF 驱动程序
• 3.1 驱动程序概述
• 3.1.1 驱动程序的种类
• 3.1.2 内核模式驱动程序的属性
• 3.2 WDF 驱动程序的基本结构
• 3.2.1 设备对象堆栈
• 3.2.2 驱动程序的层次结构
• 3.3 DriverEntry 和EvtDriverDeviceAdd 函数
• 3.4 I/O 请求包
• 3.4.1 I/O 请求的类型
• 3.4.2 I/O 传输的方式
• 3.4.3 I/O 请求处理过程
• 3.5 中断处理
• 3.5.1 中断请求级
• 3.5.2 中断服务例程
• 3.5.3 DPC 例程
• 3.6 本章小结
• 第四章 高速数据传输卡的驱动程序开发
• 4.1 PCI Express 接口的配置空间
• 4.2 PCI Express 接口驱动程序开发
• 4.2.1 PCI Express 接口驱动程序入口地址
• 4.2.2 PCI Express 接口驱动程序初始化
• 4.2.3 处理I/O 请求
• 4.2.4 DMA 操作
• 4.2.5 处理硬件中断
• 4.2.6 释放设备内存空间
• 4.3 驱动程序与应用程序的通信
• 4.4 本章小结
• 第五章 驱动程序的调试、安装与测试
• 5.1 WDF 驱动程序的调试
• 5.1.1 WDF 驱动程序的调试信息
• 5.1.2 Traceview 的使用
• 5.2 WDF 驱动程序的安装
• 5.3 驱动程序的测试
• 5.3.1 基本功能测试
• 5.3.2 PCI Express 传输卡内存空间读写测试
• 5.3.3 DMA 传输速度测试
• 5.4 本章小结
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果
• 附录A 高速数据传输卡实物图