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CTI(Computer Telephone Integration)即計(jì)算機(jī)電話集成技術(shù)已經(jīng)發(fā)展了30多年。其中電話語音卡是CTI中的典型應(yīng)用之一，它作為電腦與公用電話網(wǎng)的接口設(shè)備，應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)滲透到社會各個(gè)部門。同時(shí)，在語音卡的開發(fā)中也不斷注入了新的技術(shù)，軟件上有語音合成、語音識別等技術(shù)，而硬件上最重要的就是DSP技術(shù)和PCI總線技術(shù)。研制了基于TMS320VC5410 DSP的PCI語音卡，并設(shè)計(jì)了相應(yīng)的WDM設(shè)備驅(qū)動程序，取得了良好的效果。 1 硬件設(shè)計(jì) 1.1 PCI總線控制芯片PCI2040 PCI總線是一種不依附于某個(gè)具體處理器的局部總線，它支持32位或64位的總線寬度，頻率通常是33MHz，目前最快的PCI2.0總線工作頻率是66MHz。工作在33MHz、32位時(shí)，理論上最大數(shù)據(jù)傳輸速率能達(dá)到133MB/s。它支持猝發(fā)工作方式，提高了傳輸速度，支持即插即用，PCI部件和驅(qū)動程序可以在各種不同的平臺上運(yùn)行。 實(shí)現(xiàn)PCI總線協(xié)議一般有兩種方法，一是用FPGA設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，但PCI協(xié)議比較復(fù)雜，因此難度較大；二是采用PCI總線控制芯片，如AMCC公司的S5933、PLX公司的PCI9080等通用的PCI接口芯片。TI公司專門推出了針對PCI總線和DSP接口的芯片PCI2040[2]，它不但實(shí)現(xiàn)了PCI總線控制的功能，而且提供了和DSP芯片無縫的接口，因而大大簡化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜度并縮短了開發(fā)時(shí)間。 PCI2040內(nèi)部功能框圖如圖1所示。 PCI2040是一個(gè)PCI-DSP橋接器件，它提供了PCI局部總線和TMS320C54X 8位主機(jī)接口(HPI)與TMS320C6X 16位主機(jī)接口的無縫連接。一片PCI2040最多能同時(shí)掛接4片DSP芯片。同時(shí)，它還提供了一個(gè)串行EEPROM接口，一個(gè)通用輸入輸出接口(GPIO)和一個(gè)16位通用總線接口(為TI JTAG測試總線控制器提供接口)。PCI2040只能作為PCI目標(biāo)設(shè)備使用，不能作為PCI主設(shè)備使用；它只支持單字的讀寫，不能提供DMA操作。PCI2040能夠兼容3.3V和5V信號環(huán)境?系統(tǒng)中的3.3V和5V信號可以直接從PCI插槽中獲得。 1.2 語音卡硬件設(shè)計(jì) 1.2.1 功能簡介及硬件框圖 語音卡是基于TMS320VC5410 DSP和PCI2040而設(shè)計(jì)的。此卡的主要功能是：(1)通過電話信號音檢測模塊，將對方說話的聲音經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后，交給DSP進(jìn)行壓縮處理，采用G.729編碼算法壓縮后速率可達(dá)到8kbps，然后將壓縮后的碼流通過PCI2040經(jīng)PCI總線存放在計(jì)算機(jī)硬盤上，從而實(shí)現(xiàn)錄音功能。(2)將存在硬盤上的壓縮碼流(以文件形式存在)，通過PCI2040經(jīng)PCI總線傳送到DSP的內(nèi)部緩沖區(qū)中，進(jìn)行解壓縮處理(G.729解碼算法)，并將解碼后的數(shù)據(jù)通過D/A轉(zhuǎn)換回放出來。 語音卡硬件框圖如圖2所示。 電話信號音檢測部分主要實(shí)現(xiàn)振鈴檢測、摘掛機(jī)及話音傳輸功能。系統(tǒng)的核心是DSP，它完成各種復(fù)雜算法的處理，包括G.729編解碼算法、回聲消除算法、話音檢測及軟件摘掛機(jī)算法等。TMS320VC5410是TI 54X系列中一款高性能的DSP，它的處理功能達(dá)到100MIPS，因此能滿足算法復(fù)雜度的要求。它的最大特點(diǎn)是片內(nèi)集成了64K×16bit的RAM和16K×16bit的ROM因而不需要外加SRAM或SDRAM就可以滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求。TMS320VC5410內(nèi)置了3個(gè)多通道緩沖串行口(McBSP)、6個(gè)DMA通道和一個(gè)8位增強(qiáng)型HPI口，可以方便地和外部進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。在語音卡的設(shè)計(jì)中，采用PCI2040來完成DSP與主機(jī)交換數(shù)據(jù)的任務(wù)。 1.2.2 PCI2040與TMS320VC5410接口 PCI2040與TMS320VC5410 HPI口的連接如圖3所示。 PCI_AD31~PCI_AD15決定了PCI2040的控制空間基地址(Control Space Base Address)寄存器的值，這個(gè)值實(shí)際上是系統(tǒng)自動分配的。所有的PNP器件都是如此?它將控制空間映射到主機(jī)內(nèi)存，映射的空間大小為232-17=32KB。DSP芯片的選擇是通過解碼PCI_AD14、PCI_AD13來實(shí)現(xiàn)的。而PCI_AD12和PCI_AD11分別映射到HCNTL1和HCNTL0，用以決定訪問DSP HPI寄存器的方式。其對應(yīng)關(guān)系如表1所示。 因此，DSP與PC交換數(shù)據(jù)的過程，也就是讀寫HPI寄存器的過程。具體描述如下： (1)初始化PCI2040內(nèi)部配置寄存器，指向特定的DSP(本系統(tǒng)只有一個(gè)DSP和PCI2040相連)，指定數(shù)據(jù)傳輸寬度為8位。 (2)分配HPI CSR基地址和控制空間基地址，允許PCI2040進(jìn)行內(nèi)存映射或I/O端口映射。值得注意的是，PCI2040控制空間只能映射在主機(jī)的內(nèi)存空間里，不能映射在I/O空間。以上兩步都由驅(qū)動程序完成。 (3)脫離復(fù)位狀態(tài)后，PCI2040解碼從PCI總線來的地址，以此來做出響應(yīng)。若落入32KB的控制空間中，則根據(jù)HCNTL1和HCNTL0及片選情況訪問相應(yīng)HPI寄存器。 (4)設(shè)定HPI控制寄存器中的BOB位，選擇正確的高低8位排列方式。 (5)主機(jī)開始對HPI寄存器進(jìn)行讀寫。 2 基于WDM的PCI驅(qū)動程序設(shè)計(jì) 2.1 WDM驅(qū)動程序結(jié)構(gòu)及原理 WDM是新一代的驅(qū)動程序構(gòu)架，它是一個(gè)跨平臺的驅(qū)動程序模型，在WINDOWS 98以上的操作系統(tǒng)中都實(shí)現(xiàn)了全面兼容。不僅如此，WDM驅(qū)動程序還可以在不修改源代碼的情況下經(jīng)過重新編譯后在非Intel平臺上運(yùn)行，因而為驅(qū)動程序開發(fā)人員提供了極大的方便。 WDM驅(qū)動程序是分層的，即不同層上的驅(qū)動程序有著不同的優(yōu)先級，而Windows 9x下的VxD則沒有此結(jié)構(gòu)。另外，WDM還引入了功能設(shè)備對象FDO(Functional Device Object)與物理設(shè)備對象PDO(Physical Device Object)兩個(gè)新概念來描述硬件。PDO代表實(shí)際存在的硬件設(shè)備，它是在總線驅(qū)動程序(BUS DRIVER)下枚舉并建立的，負(fù)責(zé)與真實(shí)硬件進(jìn)行I/O操作。FDO是由用戶驅(qū)動程序建立的，一般來說，它是用戶與真實(shí)硬件進(jìn)行I/O操作的一個(gè)窗口，是Win32賴以溝通內(nèi)核的一個(gè)橋梁。對于驅(qū)動程序開發(fā)者，真正需要做的就是開發(fā)FDO。至于PDO，則由BUS DRIVER建立，并在需要的時(shí)候作為參數(shù)由I/O Manager或其它系統(tǒng)組件傳給你的FDO。 在應(yīng)用層與底層進(jìn)行通訊時(shí)，操作系統(tǒng)為每一個(gè)用戶請求打包成一個(gè)IRP(IO Request Packet)結(jié)構(gòu)，將其發(fā)送至驅(qū)動程序，并通過識別IRP中的PDO來識別是發(fā)送給哪一個(gè)設(shè)備的。另外，WDM不是通過驅(qū)動程序名稱，而是通過一個(gè)128位的全局惟一標(biāo)識符(GUID)來識別驅(qū)動程序的。 WDM驅(qū)動程序都有一個(gè)初始化入口點(diǎn)，即DriverEntry，它相當(dāng)于C語言中的main函數(shù)。當(dāng)WDM驅(qū)動程序被裝入時(shí)，內(nèi)核調(diào)用DriverEntry例程。另外WDM設(shè)備驅(qū)動程序還需要一個(gè)即插即用模塊，即AddDevice。AddDevice例程就是PnP管理器在用戶插入新設(shè)備時(shí)調(diào)用它來創(chuàng)建WDM設(shè)備對象的。 2.2 PCI語音卡驅(qū)動程序設(shè)計(jì) PCI總線支持即插即用，因而采用WDM模型來設(shè)計(jì)驅(qū)動程序?qū)⑹钩绦蚋雍侠恚С指嗟牟僮飨到y(tǒng)，并且在安裝維護(hù)上更加方便。 該驅(qū)動程序主要用DriverStudio 2.5加VC++ 6.0設(shè)計(jì)。DriverStudio對DDK進(jìn)行封裝，利用向?qū)Э缮沈?qū)動程序框架。在此基礎(chǔ)上再添加針對語音卡處理的函數(shù)及語句即可完成設(shè)計(jì)，調(diào)試工具為SOFTICE。程序結(jié)構(gòu)框圖如圖4所示。 PCI2040.lib和PCI2040.dll處于Ring3層，它封裝了和底層驅(qū)動打交道的函數(shù)，對外只顯現(xiàn)出如Open_Device()、Close_Device(HANDLE hDevice)、Record(HANDLE hDevice，LPSTR FileName)、Play(HANDLE hDevice，LPSTR FileName)等API函數(shù)。這樣可以讓多種編程語言以DLL的形式來調(diào)用，給使用者提供了方便。 核心編程是PCI2040.sys，它處于Ring0層，為Ring3層和PCI語音卡進(jìn)行數(shù)據(jù)交換搭建了一個(gè)橋梁。驅(qū)動程序中主要模塊有:? (1)OnStartDevice()，在這個(gè)例程里驅(qū)動程序?qū)⒌玫絇nP管理器為語音卡所分配的硬件資源，包括HPI CSR基地址和HPI控制空間基地址，對PCI配置空間進(jìn)行初始化。初始化中斷等。需要注意的是，在初始化中斷之前禁止卡向主機(jī)發(fā)中斷，因此應(yīng)有屏蔽中斷的操作。 (2)DeviceControl()，在這個(gè)例程中可以定制自己的函數(shù)來達(dá)到Ring3層和Ring0層相互通訊的目的。通過IOCTL_CODE可以區(qū)分不同的請求。例如： #define SEND_HEVENT CTL_CODE(FILE_DEVICE_UNKNOWN， 0x802， METHOD_BUFFERED， FILE_ANY_ACCESS) 在DeviceControl()中，可執(zhí)行如下語句： case SEND_HEVENT： status = SEND_HEVENT_Handler(I)；//接收應(yīng)用程序傳遞給WDM的事件句柄 m_Irq.Connect(LinkTo(Isr_Irq), this)； //連接中斷 INT_MASK_SET_UL=(ULONG)0x80000001； //開相應(yīng)中斷屏蔽位 m_CtlMemoryRange.outw((ULONG)0x0000，0x0b0b)；//清除中斷位，等待中斷到來 break； 把連接中斷的函數(shù)放在DeviceControl()里，并沒有和初始化中斷(在OnStartDevice()中)放在一起，不然會在Win2000里引起死機(jī)。 DSP語音卡是基于中斷處理的，因此上面的程序就起了這樣一個(gè)作用：當(dāng)語音卡向主機(jī)發(fā)中斷時(shí)，驅(qū)動程序就跳到Isr_Irq執(zhí)行，并在DpcFor_Irq中將事件設(shè)置為信號態(tài)，從而通知上層應(yīng)用程序進(jìn)行處理。 (3)Isr_Irq()，這個(gè)例程是用來處理中斷的。Windows 2000的中斷處理機(jī)制是假定多個(gè)設(shè)備可以共享一個(gè)硬件中斷。因此，Isr的首要工作就是找出哪一個(gè)設(shè)備發(fā)生了中斷。如果沒有，則應(yīng)該立刻返回FALSE，以便HAL能把中斷送往其它設(shè)備驅(qū)動程序。中斷服務(wù)例程Isr執(zhí)行在提升的IRQL上，在DIRQL級別上運(yùn)行的代碼需要盡可能快地運(yùn)行。通常情況下，若判斷中斷是由自己的設(shè)備產(chǎn)生的，則調(diào)用一個(gè)在DISPATCH_LEVEL級別上運(yùn)行的延遲過程調(diào)用(DpcFor_Irq)。 在處理的過程中要注意，當(dāng)確定是自己卡的中斷時(shí)，要馬上屏蔽中斷位防止中斷再進(jìn)來，等到DpcFor_Irq的結(jié)尾處再開中斷。Dpc中部分語句如下： if(m_pEventToSignal!=NULL) m_pEventToSignal->Set() //將事件設(shè)置為信號態(tài) t << ″Event Set!\n″; INT_MASK_SET_UL=(ULONG)(0x80000001)； //開中斷 M_CtlMemoryRange.outw((ULONG)0x0000，0x0b0b)； |
