基于WDF的PCIe驱动开发

由于第一次接触WDF驱动开发，因此底层驱动基于微软提供的PCI9056驱动例子（因PCIe和PCI配置空间基本一致，故对9056例子做适当修改便可直接安装使用）。

驱动层提供设备驱动的基本功能函数，包括但不限于设备打开（OpenFile）、设备关闭（CloseFile）、数据读写（ReadFile/WriteFile）以及DeviceIoControl等，本文主要工作是基于基本函数对驱动进行封装，更方便软件开发人员使用。

1 PCIe接口驱动需求分析

在某型芯片中，提供 PCI－E 主机接口， 该 PCI－E接口设有三个存储器类型的 BAR 空间， 均为 32 位访问，PCI－E 中断采用 INTA，另外，该 PCI－E 提供有PCI－E 专用 DMA， 该 DMA 操作由硬件控制， 仅需软件申请主机的一段内存空间作为 DMA 缓存，基于以上PCI－E完成驱动接口的设计工作：

1） 中间层需要驱动层提供以下接口功能：配置空间的访问，存储空间的访问，DMA数据传输接口以及中断处理；
2） 应用层需要中间层提供以下接口功能：设备控制接口（包括设备的打开，初始化，关闭），数据传输接口（包括数据的读写操作，数据接收缓冲区大小设置以及对缓冲区的监控）。

2 驱动层接口设计：

2.1 设备通信接口：
WDF驱动模型主要通过KMDF回调例程与WIN32函数的一一对应，实现驱动程序与应用程序的通信。数据传输任务主要在EvtIoRead、EvtIoWrite和EvtIoDeviceControl例程中完成，由于硬件支持DMA，故本文在EvtIoRead和EvtIoWrite中采用DMA方式。
CloseHandle EvtFileClose
1） DMA传输
DMA传输编程的流程图如图所示，首先通过函数WdfDmaTransactionInitialize或WdfDmaTransactionInitializeUsingRequest初始化DMA传输，再调用WdfDmaTransactionExecute启动DMA编程；在EvtProgramDMA函数中根据数据手册完成对DMA相关寄存器的配置；最后当DMA传输中断时，在中断延迟处理例程EvtInterrupt例程中判断DMA传输是否结束，没有则调用WdfDmaTransactionExecute函数，继续启动DMA编程，若DMA传输结束，则完成I/O请求。
2） EvtIoDeviceControl例程设计
该例程主要通过应用程序向驱动传送的控制码区分功能，根据需求创建如下控制码：
PCIE_IOCTRL_CONFIGREG_READ:配置空间寄存器读
PCIE_IOCTRL_CONFIGREG_WRITE:配置空间寄存器写
PCIE_IOCTRL_MEMORY_READ:存储空间寄存器读
PCIE_IOCTRL_ MEMORY _WRITE:存储空间寄存器写
PCIE_IOCTRL_ OFFSETADDR _SET:偏移地址设置
通过调用WIN32函数DeviceIoControl传入指定的控制码即可实现对应功能。
2.2 中断处理：
在驱动中创建中断对象和中断回调例程，当有中断产生时首先判断该中断是否来自本设备，若是则读取中断标志位分析中断类别，然后执行相应操作。中断类型有DMA读写中断控制，在一次DMA传输完成产生；数据传输中断，在FPGA主动给上位机发送数据时产生。前者已在DMA部分论述，此处主要介绍后者的中断处理。
内核同步听起来比上面两者高级一些，原因是使用的人不太多。原理却很简单：创建一个事件对象传递给内核，用户层一直等待它的完成。这和用户层的两个线程之间的同步，并无差别。但在内核那边，有一些技巧。
问题在于，用户创建的事件，是一个Win32 句柄，并且这个句柄还是进程相关的（即放到别一个进程中去，这个句柄就是非法的了）。内核所在的地址却是全局性的（亦即一个地址需在此进程中正确，亦在所有其他的进程中也正确），要让全局性的内核可以安全使用局部性的用户句柄，唯一的办法是将用户句柄转换成全局对象地址。

至于用户层的操作，是非常简便的。不过这样两步而已：创建事件、发送事件。除此之外，多出的一步是等待内核事件完成。一般应该单独创建线程来完成。
在设备初始化部分，将通过DeviceIoControl向驱动层传入一个事件句柄，驱动程序调用ObReferenceByHandle函数获取这个事件的一个内核对象指针（即内核事件），一旦该对象在内核层被触发，则应用层对应的事件也将同时被触发。当FPGA将数据写入PCIe板卡的存储空间后会发起一次软件中断，驱动程序进入中断延迟处理例程中触发内核事件通知上位机，读取数据。（方案2：在中断延迟处理例程中将数据拷贝到公用缓冲区，再触发事件通知上位机将公用缓冲区中的数据转移）
3 中间层接口设计：
在WDF驱动模型中，驱动层依靠EvtIoRead,EvtIoWrite和EvtIoDeviceControl三个例程函数与应用层通信，对应的win32函数接口参数复杂，传输大数据时会大量占用总线周期，严重时还可能会堵塞系统，为此，将原有的驱动层封装，作为中间层。中间层的功能主要有：

1：采用优先级动态调整的方法优化数据的传输策略，并完成数据传输的校验工作；

2：支持多个设备同时工作；