基于WDF驱动模型的PCIE压缩板卡的驱动设计

摘要

国家倡导互联网+之后，许多传统行业正在向信息化、互联网化转型，由此带来许多新的机遇，同时也带来了很多新的挑战。在行业转型的过程中必将带来更多新的数据，这些数据储存就是一个巨大的挑战，数据的无损压缩则是一个非常好的解决方案，在数据传输和压缩应用中，高速率、海量数据的实时处理需要更高效的总线技术。新一代I/O(INPUT/OUTPUT)总线PCIE(Peripheral Component Interconnect Express)以其双通道、高速率和独享带宽等优点迅速替代了传统I/O总线PCI。PCIE设备的稳定工作离不开驱动程序的有效支撑。随着通信和电子行业的迅速发展，涌现出越来越多的硬件设备，驱动程序的研究和设计也就显得尤为重要。本文来源于“海云计算系统研究-海云服务器”（课题号:XDA06010401）的自主研发处理器芯片，该芯片为大数据系统提供高可靠的数据压缩服务。研究设计的驱动程序已经应用于项目中的数据压缩节点并运行稳定。本文的研发工作具有一定的理论意义和实用价值。
　　本文简述了硬件芯片的设计过程以及其实现。硬件设计虽然不是本文的主题内容，但是却是本文软件设计的设计依据;根据PCIE的WDF(Windows Driver Foundation)驱动程序的功能需求，设计和实现了驱动程序的初始化、读写基址寄存器、获得寄存器的基地址、读写配置空间、中断处理、申请和释放DMA(Direct Memory Access)空间等功能。因为xapp1052参考设计的DMA核传输限制，在上位机程序中设计了文件分割功能，将文件拆分后传输，这样就要求传输的数据的完整性，同时该通路主要面向高速的服务器的透明压缩存储，所以DMA传输过程传输的速率必须匹配硬件压缩和速度。因此在驱动程序中对DMA中断的利用显得尤为重要。
　　本文通过强制刷新的方式解决了DMA中Cache一致性的问题，该问题的解决保证了在软件层数据传输的完整性。本文通过在驱动中，处理DMA的中断的方式控制DMA读写，这样可以使DMA控制的效率最高，这样的控制方式可以使DMA的传输速率最大化。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 国内外研究现状

1．3 本文研究内容

1．4 论文组织框架

第二章 系统相关技术分析

2．1 PCIE主要技术分析

2．1．1 PCIExpress拓扑结构

2．1．2 PCI Express协议结构

2．1．3 PCI Express的技术优势

2．2 WDF驱动主要技术分析

2．2．1 Windows驱动概述

2．2．2 WDF驱动框架

2．2．3 I／O请求

2．3 本章小结

第三章 系统需求分析

3．1 系统目标

3．1．1 硬件系统目标

3．1．2 软件系统目标

3．2 需求分析

3．3 总体设计

3．4 概要设计

3．4．1 应用程序概要设计

3．4．2 驱动程序概要设计

3．5 设计指标

3．6 本章小结

第四章 系统设计

4．1 硬件设计

4．1．1 压缩模块详细设计

4．1．2 解压缩模块详细设计

4．1．3 硬件通路系统分析

4．3 应用程序设计

4．3．1 驱动交互

4．3．2 文件分块

4．3．3 数据统计

4．3．4 PCIE设备的配置空间

4．4 驱动设计

4．4．1 入口函数

4．4．2 DriverExtension域的设计

4．4．3 MajorFunction[]域设计

4．4．4 I／O类型

4．4．5 I／O传输方式

4．4．6 IO处理

4．4．7 DMA使能控制设计

4．4．8 cache一致性的处理

4．5 本章小结

第五章 系统测试

5．1 系统环境配置

5．1．1 系统环境

5．1．2 硬件环境

5．2 系统安装

5．2．1 xp驱动安装过程

5．2．2 inf文件设计

5．3 系统测试

5．3．1 驱动调试工具

5．3．2 DMA传输完整性测试

5．3．3 DMA传输速度测试

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

参考文献

致谢