一个简单的PCIE驱动到设备的通信协议

        本文主要介绍一个简单的单一设备PCIE驱动程序和设备的通信协议，从上到下大致分为三层：应用层、驱动层和设备层。其中，应用层和驱动层通过系统总线（win32 API调用）实现通信，驱动层和设备层通过PCI总线（地址空间映射）进行通信。

一、Driver和Device的数据交互方式

        Driver和Device的通信主要是通过地址空间映射来实现。操作系统将Device的物理地址映射为系统虚拟地址，Driver可以直接读写；Driver也可以分配一段内存，映射为PCI地址，供Device读写。后面将这种映射的内存称为buffer，Driver和Device的数据交互就是通过这种读写共享buffer的方式实现的。大致可以分为以下几种类型：

        WRITE_CMD方式：Driver写Device的buffer
        READ_CMD方式：Driver读Device的buffer
        DMA_WRITE方式：Device读Driver的buffer
        DMA_READ方式：Device写Driver的buffer

二、Buffer划分

        Driver开辟两块4Mbytes的buffer，用于DMA读写，读写的时候，数据按4Mbytes对齐，不足4Mbytes的数据块按填零处理。
Device映射3块BAR空间到Driver，BA0为标准的PCI配置空间，大小为4K字节。BAR1和BAR2作为数据交互buffer，大小为4M字节。其中，BAR1用于Driver发信息给Device，BAR2用于Device返回信息给Driver。按byte计算，两个buffer的offset范围是：0 ～ 4*1024*1024 – 1。
在实际使用中，我们一般以32bits来表示一个信息单元，即转化为一个ULONG值。因此，实际上，我们是以4bytes为单元，用index来定位。但又一个例外——frame数据，后续讲到了再展开说。以4bytes为单元，按index划分buffer，它的index范围是：0 ～ 1024*1024 – 1。
注：后续没有特殊说明，buffer内部都按index计算。

同样，Bar2的前4个index全部保留。从index4起，作为response的content，其中包括response typeId、the number of returned values和returned values。

四、数据交互过程

各flag初始态都是0。


WRITE_CMD的steps：
1）Device循环读major flag，等待1。
2）Driver将数据填入bar1的数据域，然后对major flag置1。
3）Driver开循环读major flag，等待0。
4）Device等到1，取走bar1数据域中的数据。
5）Device将返回值填入bar2的数据域，然后对major flag置0。（Device侧该次交互结束）
6）Driver等到0，取走bar2数据域中的数据，返回应用层；


对于Driver和Device的交互来说，READ_CMD的steps与WRITE_CMD的steps相同，这里区分开来是便于应用层理解。


DMA_READ的steps：
1）Device循环读major flag，等待1。
2）Driver将数据填入bar1的数据域，然后对major flag置1。
3）Driver开循环读major flag，等待0。
4）Device等到1，取走bar1数据域中的数据，然后对major flag置0。
5）Device从数据中获知DMA，开启DMA循环计数，并在循环体中读minor flag，等待1。
6）Driver等到major flag的0，返回应用层；
以上过程完成命令交互，下面开始DMA数据交互
应用层开启一个for循环，执行N次DMA数据交互。
7）Driver收到应用层的dma read请求，对minor flag置1。
8）Driver开循环读minor flag，等待0。
9）Device等到minor flag的1，将数据填入read buffer，然后对major flag置0。（Device侧的一次DMA数据传输结束，进入下一次小循环）
10）Driver等到minor flag的0，将数据取回，然后返回应用层；（应用层的一次DMA数据read结束，进入下一次小循环）
11）……
12）PC侧和Device侧的DMA循环计数结束，完成整个DMA过程。


从以上过程来看，DMA_READ其实分为两大步，首先是PC给Device发一个“DMA预备”的命令，然后双方都进入实际的DMA循环过程。
DMA_WRITE与DMA_READ类似，不再另书。
注：在“DMA预备”命令中，包含这一次DMA传输的总数据量，以字节为单位， Device需要换算成循环次数。