基于PCI Express总线的雷达数据记录器驱动程序开发

文章摘要：摘要：PCI Express是一种更高性能的第三代I/O总线。相对于传统的PCI总线，它具有高速、低引脚数、点对点传输的特点，使得该总线非常适合应用于高速数据采集系统。对于记录高速的合成孔径雷达原始数据，正适合用基于PCI Express总线的采集卡实现。针对Windows XP操作系统，利用驱动程序开发工具DDK，开发了PCI Express总线接口芯片PEX8311的WDM驱动程序并成功的应用于某雷达原始数据记录器中，可以通过驱动程序以DMA块传输方式从本地总线读取雷达数据，稳定的数据记录速度可达100MB/s以上。1 引言在数据采集系统中，大量的数据必须通过总线传到计算机内存中，传统的P

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　　摘要：PCI Express是一种更高性能的第三代I/O总线。相对于传统的PCI总线，它具有高速、低引脚数、点对点传输的特点，使得该总线非常适合应用于高速数据采集系统。对于记录高速的合成孔径雷达原始数据，正适合用基于PCI Express总线的采集卡实现。针对Windows XP操作系统，利用驱动程序开发工具DDK，开发了PCI Express总线接口芯片PEX8311的WDM驱动程序并成功的应用于某雷达原始数据记录器中，可以通过驱动程序以DMA块传输方式从本地总线读取雷达数据，稳定的数据记录速度可达100MB/s以上。

　　1 引言

　　在数据采集系统中，大量的数据必须通过总线传到计算机内存中，传统的PCI总线越来越不能满足人们对带宽增长的需要。为解决这一矛盾，PC行业协会和外设厂商一起发布了PCI Express总线[1]规范，并且于2004年在标准台式机上得到应用。该技术可以有效地提高设备至计算机内存的数据传输速率。相对于PCI总线，它最大的特点是实现点到点的数据传输[2]，每个设备有自己专用的双向数据通道，数据以包的形式串行传输，每个通道具有单方向250MB/S的数据传输速度。多个通道可以组合在一起形成x1(单通道)、x2、x4、x8、x12、x16和x32的信道以提高带宽。

　　在合成孔径雷达系统中，大量的回波数据需要实时记录下来以便进行事后成像处理。而PCI Express总线高带宽的优点可以很好的满足高速雷达数据记录的需要，而要充分发挥PCI Express总线的作用，驱动程序设计是关键。本文介绍了在Windows XP系统下，雷达数据记录器中PCI Express总线接口芯片PEX8311的驱动程序开发。

　　2 雷达数据记录器介绍

　　雷达数据记录器由一台服务器计算机、PCI Express接口卡、SCSI卡和SCSI硬盘四部分组成，其中PCI Express接口卡的软硬件自行设计，其它部分采用标准的外购件。雷达数据通过PCI Express接口卡传入计算机内存，计算机再将数据通过SCSI卡写在SCSI硬盘上。

　　PCI Express接口卡采用美国PLX公司推出的PEX8311作为本地总线和PCI Express总线的接口。PEX8311[3]是一款x1的PCI Express接口芯片，本地端总线频率最高可达66MHZ，数据位宽32bit。PEX8311含有4KB的配置空间，其中前256字节是和PCI设备功能上是兼容的，其余是PCI Express扩展配置空间。本文采用PEX8311的引脚LINTi#接收外部中断信号，使用DMA通道0进行块DMA方式读数据。

　　接口卡的结构框图如图1所示，利用差分转换芯片先将外部差分信号转换成单端信号，两块FIFO的“乒乓”传输以实现数据的连续传输，单个FIFO容量为512KB。在CPLD的控制下，两块FIFO的数据轮流通过PEX8311的DMA通道0传入计算机。

　　图1  PCI Express接口卡框图

　　具体工作过程：当其中一个FIFO被写满数据后，在CPLD控制下，外部数据继续写入另一个FIFO，同时，CPLD使PEX8311的LINTi#输入为低电平，这会产生一个LINT#中断，驱动程序响应中断并启动DMA传输读取FIFO中的数据到DMA缓存中。读完后，驱动程序通知应用程序将DMA缓存的数据写到SCSI盘上。

　　3  WDM驱动程序概述

　　WDM是一种分层驱动程序模型[4]，如图2所示。系统启动时，总线驱动程序枚举总线上的设备，并为每个设备创建一个物理设备对象（PDO）；然后PnP管理器根据注册表中的信息查找与这个PDO相关的过滤驱动程序和功能驱动程序，建立的过滤设备对象（FIDO）

　　图2 WDM分层驱动模型

　　和功能设备对象（FDO），最终，系统完成设备驱动的装入过程。设备扩展对象是与设备对象关联的另一种重要的数据结构，它是一块未分页的内存，I/O管理器自动把它分配给已建立的任何设备扩展对象，可以用它来保存与设备关联的任何信息，驱动程序需要时，只要在设备扩展对象中取出这些资源使用即可。

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