数字多普勒系统中PCI设备驱动的研究与实现

摘要

数字多普勒系统以软件无线电为基础，在无线电载波信号中提取频率信息进行分析处理后得出深空探测器的多普勒数据，并将数据传输到PC端显示并存储。随着我国深空探测技术的发展，它一定会得到更加广泛的应用。 本论文研究的主要内容是Linux系统下，计算机系统如何通过设备驱动程序绑定C6205 PCI接口的数字多普勒系统，并实现设备间的数据传输。论文从分析数字多普勒系统系统中PCI硬件接口入手，解释了PCI接口的电气特性及其在多普勒系统中的作用。通过对PCI接口的编址方式的分析，为以后驱动程序对PCI接口的配置寄存器访问作铺垫。在驱动设计部分，本文首先介绍了Linux设备驱动的常用概念，剖析了设备驱动如何与内核中的核心结构kobject交互，实现驱动与内核及设备的绑定。之后，论文对C6205 PCI设备驱动的软件设计进行了探讨和研究。设备驱动由操作系统适应层（OSAL）、驱动链接层（LDRV）和进程管理（PMGR）三个模块组成。其中，OSAL模块通过嵌入Linux内核中内存管理，进程管理等服务向驱动提供系统服务的调用接口；LDRV模块封装了底层的设备读写函数，并引入OSAL模块中系统管理的功能，用tasklet小任务机制完成了驱动的中断管理和任务延迟机制的处理，并设计出主机端和PCI设备端的通信协议，实现了设备间不同类型数据的实时传输；PMGR模块则通过封装LDRV模块中的操作细节，向应用程序提供标准的调用接口。 最后，本文介绍了数字多普勒系统LabVIEW图形化控制程序的设计和Linux系统下设备驱动的调试方法。通过应用程序对设备驱动的成功调用验证了驱动设计能够满足数字多普勒系统数据实时传输的需求。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 PCI总线概述

1.3 Linux系统应用及发展前景

1.3.1 Linux优势

1.3.2 国内外研究现状

1.3.3 发展前景

1.4 论文的研究工作及结构安排

第二章 PCI总线协议与数字多普勒系统硬件分析

2.1 PCI总线定义及特点

2.2 数字多普勒系统硬件组成

2.3 数字多普勒系统中PCI接口配置技术

2.3.1 C6205处理器结构及PCI接口信号解释

2.3.2 C6205处理器PCI接口编址

2.4 本章小结

第三章 PCI设备驱动模型分析

3.1 Linux系统内核

3.1.1 Linux内核功能划分

3.2 Linux设备驱动概述

3.2.1 Linux设备和模块的分类

3.2.2 C6205 PCI设备文件的建立

3.3 Linux设备模型分析

3.3.1 kobiect、kset和subsystem

3.3.2 低层sysfs操作

3.3.3 设备驱动程序模型的组件：总线、设备和驱动程序

3.3.4 各环节的整合

3.4 本章小结

第四章 C6205 PCI设备驱动设计与实现

4.1 C6205 PCI设备驱动程序框架

4.2 各模块结构组成

4.3 设备驱动的硬件抽象层HAL

4.3.1 硬件抽象层HAL所提供的API

4.3.2 C6205 PCI设备驱动的注册和注销

4.3.3 C6205 PCI设备寄存器的读写实现

4.3.4 C6205 PCI设备外部存储器接口的初始化

4.3.5 C6205 PCI设备中断寄存器的读写

4.3.6 C6205 PCI设备内存空间的读写

4.3.7 HAL子模块小结

4.4 设备驱动的操作系统适应层OSAL

4.4.1 内存管理子模块MEM

4.4.2 进程管理子模块PRCS

4.4.3 任务延迟调度子模块DPC

4.4.4 中断服务例程子模块ISR

4.4.5 同步管理子模块SYNC

4.5 LDRV模块结构

4.5.1 LDRV_PROC功能单元

4.5.2 LDRV_CHNL功能单元

4.5.3 LDRV_MSOO功能单元

4.5.4 LDRV模块中LDKV_PROC、LDRV_CHNL和LDRV_MSGO单元的整合

4.6 通信协议的实现

4.6.1 中断服务例程、任务延迟调用的处理

4.6.2 设备间通信协议的实现

4.7 C6205 PCI设备驱动各模块的整合

4.8 本章小结

第五章 驱动应用程序的设计

5.1 数字多普勒系统应用程序的设计

5.1.1 Labview运行机制

5.1.2 LabVIEW应用程序设计

5.2 本章小结

第六章 总结与展望

致 谢

参考文献

硕士期间发表论文