Windows下PCIe接口的多串口卡驱动开发小结

近期在64位Win7下开发一款PCIe接口的多串口卡驱动程序，做个小结：

1. 因为在Win下对WDF不熟悉，加上市面上DDK、WDM书籍较多，故选用WDM框架；

2. 多串口卡的硬件接口为PCIe，因为在软件驱动层面上，PCIe和PCI兼容，直接借用常用的WDM即插即用框架。这里用《Windows驱动开发技术详解（张帆等编写）》第16章Test5中的InitMyPCI函数。该函数枚举了PCI总线的各种资源，如中断、IO口、内存等，直接原封不动的拿来即可用；

① PCI工具PciScope、RW，多多使用；

② WinDriver开发框架虽然简单，但效率不高，做初期验证不错；但随着对PCI等总线的深入了解，发现还不如自己控制来的直接；DriverStudio也是如此；

② 访问一个LONG型的reg，注意内存边界访问方式，：WRITE_REGISTER_ULONG((PULONG)(g_MemBar0+(i * 4) + UART_TX_DATA), dwVal);【这里g_MemBar0是一个unsigned char类型的】

3. 该串口卡没有使用中断，底层数据交换都是读写reg实现的。这种机制，驱动开发难度一下子减少了不少，故在内核驱动中启动一个线程，轮询PCIe定义的reg资源，调度线程每次Sleep为1ms（但经测试DebugView测试，实际在15ms左右）。这里和硬件设计人员沟通，每次休息的15ms中，串口卡FPGA中数据缓存足够大，不会丢失。但在串口使用层面看，写入或读出的数据会带来约15ms的延时（忽略其他延时），这是一个需注意的问题；

//延时函数，单位为ms
void MySleep(LONG msec)
{
#define DELAY_ONE_MICROSECOND		(-10)							//1微秒
#define DELAY_ONE_MILLISECOND		(DELAY_ONE_MICROSECOND*1000)	//1毫秒
	
	LARGE_INTEGER	my_interval;
	my_interval.QuadPart = DELAY_ONE_MILLISECOND;
	my_interval.QuadPart *= msec;
	
	KeDelayExecutionThread(KernelMode, 0, &my_interval);
}

由此看来，内核层的1ms睡眠，和Win32的(1)精度一样，不加高精度多媒体库时，都是约15ms。

（关于在Win32下测量Sleep的精度问题，参见我的另一篇文章：http://blog.csdn.net/dijkstar/article/details/23092747，里面有详细的测试方法和测试数据）

4. 驱动层面暴露给Win32的串口COM口，使用《Windows驱动开发技术详解（张帆等编写）》第19章的Virtual_COM示例。

借用这个框架，能看出市面上最常用的串口调试助手“sscom32.exe”，在读取数据时，调用了IOCTL_SERIAL_GET_COMMSTATUS，又调用了IOCTL_SERIAL_WAIT_ON_MASK（对应Win32的WaitCommEvent），所以，自己写的驱动里，必须要处理这两个请求：对第一个IOCTL_SERIAL_GET_COMMSTATUS，简单点处理，要将当前可读的数据个数赋值给AmountInInQueue成员；第二个请求，还用原框架内容：立刻Pending该请求，但要在轮询的线程里，轮询Fifo（后面介绍）发现有数据时，释放到这个请求。这个逻辑查看函数DriverCheckEvent怎么被调用的即可；

5. 如何多个设备dev的创建？传统的WDM是创建一个fdo，附加在底层的pdo之上。灵活改变一下，将第一个fdo创建时，调用IoAttachDeviceToDeviceStack，但第二个、第三个....，不要调用该函数，这样创建后，用DeviceTree查看创建的设备列表，发现他们都是“平行”关系，而不是“Att”关系（只有第一个是）；

如此，在Win32应用层CreateFile、ReadFile、WriteFile时，访问的都是“当前”的那个dev，所以，要在驱动层里，自己维护一个全局的设备dev[n]数组；

6. WDM的初始化PCI设备函数是放在IRP_MN_START_DEVICE完成的，而IRP_MN_START_DEVICE又依赖于“某一个dev”的CreateFile完成的，怎么办？使用一个全局变量，当应用层CreateFile时第一个设备时（下标不一定是0），调用初始化PCI设备函数，将全局变量置false，下次再有应用层CreateFile不会调用InitMyPCI；

由此看出，“WDM即插即用”和“传统的NTDriver”并没有区分的那么明显，像上面的思路，就是把两者结合起来使用了；

7. 64位inf生成：只需要将张帆示例的inf添加个NTamd64即可，如下：

[Manufacturer]
%MfgName%=Mfg0,NTamd64

[Mfg0.NTamd64]

; PCI hardware Ids use the form
; PCI\VEN_aaaa&DEV_bbbb&SUBSYS_cccccccc&REV_dd
%DeviceDesc%=YouMark_DDI, PCI\VEN_9999&DEV_9999

8. 64位Win7的驱动需要数字签名，目前没有找到彻底解决办法，暂时：

① 每次启动按F8进入“禁用驱动签名”；

② 进入TestMode：bcdedit/set testsigning on（一定用管理员身份运行），但这样结果导致会出现桌面右下角水印；

③ 使用工具dseo13b.exe（http://www.ngohq.com/?page=dseo）；

④ 找网上的“去水印”工具（Windows 7 Watermark Remover）；

⑤ 张佩写的签名工具：64Signer V1.2.exe，使用文档、签名原理及下载处：http://www.yiiyee.cn/Blog/64signer/

9. IRP同步问题，做一个假设：假设用户应用程序不会开启两个线程同时调用ReadFile、WriteFile，因此在IRP_MJ_READ、IRP_MJ_WRITE处理里，不考虑STATUS_PENDING的情况，而是直接读写Fifo缓冲区，即为一个非阻塞的操作，无论有无数据都立刻返回。由上层用户启动线程时在调用ReadFile类似的函数时，自己Sleep操作；

如果假设应用层开启两个线程同时ReadFile操作，那么应该使用“串行化处理IRP”（StartIO例程）技术，基本思路是IRP_MJ_READ请求进来后，先Pending挂起该请求，将该请求入队，在StartIO例程里去处理该请求，自己做取舍；

10. 硬件Reg数据的使用：驱动中一个线程高速轮询Reg，不断的读写，读出或写入的数据不是和IRP_MJ_READ、IRP_MJ_WRITE交互，而是首先放到一个Fifo中再交互。这个Fifo要在驱动里自己实现，参见我的另一篇文章：http://blog.csdn.net/dijkstar/article/details/42361805（推荐一个VC下的FIFO实现源码CCircularFifo，附带测试程序），这个程序稍加改造，就可以在驱动层面中使用，记住在内核里创建内存干脆直接用NonPagedPool（非分页内存）吧，现在的机器内存都不少于4G了，没必要为区区一点“交换内存”而引起蓝屏崩溃。