３２１２０１４年１月ＪｏｕｒｎａｌｏｆＸｉ’ａｎＡｅｒｏｎａｕｔｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＶｏｌ．３２Ｎｏ．１Ｊａｎ．２０１４基于ＫＭＤＦ的ＰＣＩＥｘｐｒｅｓｓ设备驱动设计张小磊，孟李林，崔晨琪（西安邮电大学电子工程学院，陕西西安７１００６１）摘要：针对微软推出的新一代的驱动模型框架ＷＤＦ，介绍了其内核模式驱动开发的框架ＫＭＤＦ，设计实现了一种针对ＰＣＩＥｘｐｒｅｓｓ端点设备的驱动程序，使用自主研发的基于ＦＰＧＡ的ＰＣＩＥｘｐｒｅｓｓ数据加密卡对其进行了验证，实验表明基于ＫＭＤＦ的驱动程序能稳定、可靠地工作。关键词：ＫＭＤＦ；ＰＣＩＥｘｐｒｅｓｓ；ＦＰＧＡ；设备驱动中图分类号：ＴＰ３０２文献标识码：Ａ文章编号：１００８－９２３３（２０１４）０１－００５９－０５设备驱动是计算机系统里软硬件交互的接口，是计算机操纵硬件的基础，它的性能在很大程度上影响着整个系统的性能。ＫＭＤＦ是微软推出的下一代驱动模型ＷＤＦ中的内核模式驱动程序框架，意在取代从ＷＩＮＤＯＷＳ２０００就开始使用的ＷＤＭ模型。其旨在为开发者提供一个面向对象的事件驱动开发框架，并封装了驱动与操作系统的接口使开发者可以更关注驱动需要操控的硬件，以改变长久以来驱动程序作为硬件和操作系统的连接，既要处理硬件行为，又要与操作系统内核交互而导致的开发难度大，开发门槛高等问题。ＫＭＤＦ是ＷＩＮ－ＤＯＷＳ７／８首先的驱动模型。ＰＣＩＥｘｐｒｅｓｓ是一种应用于各种计算与通信平台的高性能、通用、串行Ｉ／Ｏ互连协议。它采用包交换技术、Ａｃｋ／Ｎａｋ协议以及流量控制技术，实现报文的高速高可靠传输。此外，ＰＣＩＥｘｐｒｅｓｓ协议保持与现有ＰＣＩ设备的软件兼容性，而且可以用较低的开销提升现有ＰＣＩ系统的性能，在ＰＣ机及嵌入式系统中得到了广泛的应用。因此研究基于ＫＭＤＦ驱动框架的ＰＣＩＥｘｐｒｅｓｓ驱动设计具有现实意义。本文介绍ＫＭＤＦ的对象模型和Ｉ／Ｏ模型，并介绍一种基于ＫＭＤＦ的ＰＣＩＥｘｐｒｅｓｓ设备驱动程序的设计。１ＫＭＤＦ模型１．１ＫＭＤＦ对象模型ＫＭＤＦ是内核模式驱动开发的框架，它定义了基于对象的编程模型，可以通过一系列层次化组织的对象以及与对象相关联的方法和属性来表示设备、驱动、队列等信息。ＫＭＤＦ对象模型中定义的主要的对象以及其层次如图１所示：图１ＫＭＤＦ中的主要对象及其层次图１中ＫＭＤＦ框架定义的主要对象有：（１）ＷＤＦＤＲＩＶＥＲ：ＷＤＦ驱动对象，所有对象的根对象，描述一个驱动程序在内存的实例，维护驱动程序的相关信息，如驱动的入口点，加载位置，收稿日期：２０１３－１０－１８作者简介：张小磊（１９８７－），男，陕西宝鸡人，硕士研究生，从事专用集成电路设计研究。６０西安航空学院学报第３２卷可以管理的设备等。每一个驱动程序在内存中有且仅有一个ＷＤＦＤＲＩＶＥＲ对象。（２）ＷＤＦＤＥＶＩＣＥ：ＷＤＦ设备对象，系统中具体硬件的抽象，代表驱动程序可以控制的硬件设备，用户程序可以通过定义的设备接口访问设备。ＷＤＦＤＥＶＩＣＥ也可以是虚拟设备。（３）ＷＤＦＱＵＥＵＥ：ＷＤＦ队列对象，一个特殊的Ｉ／Ｏ请求队列，它定义了一系列回调函数，当Ｉ／Ｏ请求进入队列时，框架将自动调用对应的回调函数处理。（４）ＷＤＦＩＮＴＥＲＲＵＰＴ：ＷＤＦ中断对象，定义了设备中断使能，禁止回调函数和设备中断的服务程序和ＤＰＣ例程。１．２ＫＭＤＦＩ／Ｏ模型ＫＭＤＦ建立了自己的Ｉ／Ｏ模型，可以截获发送给本设备驱动程序的所有ＩＲＰ。当ＩＲＰ到达时，分发器根据ＩＲＰ的主功能码把ＩＲＰ分发到Ｉ／Ｏ请求队列或者电源管理队列，框架会在适当的时间自动的调用已经注册的回调函数。Ｉ／Ｏ流程如图２所示：图２Ｉ／Ｏ通过ＫＭＤＦ库和驱动程序流程ＫＭＤＦ的Ｉ／Ｏ队列管理那些针对驱动程序的请求。驱动程序通常创建一个或多个队列，每个队列可以接受一种或多种类型的请求。调度方法决定给定时间内驱动程序可服务的请求数量。２ＰＣＩＥｘｐｒｅｓｓ高速数据处理卡ＰＣＩＥｘｐｒｅｓｓ作为高速串行Ｉ／Ｏ技术已经在现...