|
CTI(Computer Telephone Integration)即計算機電話(huà)集成技術(shù)已經(jīng)發(fā)展了30多年。其中電話(huà)語(yǔ)音卡是CTI中的典型應用之一，它作為電腦與公用電話(huà)網(wǎng)的接口設備，應用領(lǐng)域已經(jīng)滲透到社會(huì )各個(gè)部門(mén)。同時(shí)，在語(yǔ)音卡的開(kāi)發(fā)中也不斷注入了新的技術(shù)，軟件上有語(yǔ)音合成、語(yǔ)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(xiàn)技術(shù)。研制了基于TMS320VC5410 DSP的PCI語(yǔ)音卡，并設計了相應的WDM設備驅動(dòng)程序，取得了良好的效果。 1 硬件設計 1.1 PCI總線(xiàn)控制芯片PCI2040 PCI總線(xiàn)是一種不依附于某個(gè)具體處理器的局部總線(xiàn)，它支持32位或64位的總線(xiàn)寬度，頻率通常是33MHz，目前最快的PCI2.0總線(xiàn)工作頻率是66MHz。工作在33MHz、32位時(shí)，理論上最大數據傳輸速率能達到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部件和驅動(dòng)程序可以在各種不同的平臺上運行。 實(shí)現PCI總線(xiàn)協(xié)議一般有兩種方法，一是用FPGA設計實(shí)現，但PCI協(xié)議比較復雜，因此難度較大；二是采用PCI總線(xiàn)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(zhuān)門(mén)推出了針對PCI總線(xiàn)和DSP接口的芯片PCI2040[2]，它不但實(shí)現了PCI總線(xiàn)控制的功能，而且提供了和DSP芯片無(wú)縫的接口，因而大大簡(jiǎn)化了系統設計的復雜度并縮短了開(kāi)發(fā)時(shí)間。 PCI2040內部功能框圖如圖1所示。 PCI2040是一個(gè)PCI-DSP橋接器件，它提供了PCI局部總線(xiàn)和TMS320C54X 8位主機接口(HPI)與TMS320C6X 16位主機接口的無(wú)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(xiàn)接口(為T(mén)I JTAG測試總線(xiàn)控制器提供接口)。PCI2040只能作為PCI目標設備使用，不能作為PCI主設備使用；它只支持單字的讀寫(xiě)，不能提供DMA操作。PCI2040能夠兼容3.3V和5V信號環(huán)境?系統中的3.3V和5V信號可以直接從PCI插槽中獲得。 1.2 語(yǔ)音卡硬件設計 1.2.1 功能簡(jiǎn)介及硬件框圖 語(yǔ)音卡是基于TMS320VC5410 DSP和PCI2040而設計的。此卡的主要功能是：(1)通過(guò)電話(huà)信號音檢測模塊，將對方說(shuō)話(huà)的聲音經(jīng)A/D轉換后，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到8kbps，然后將壓縮后的碼流通過(guò)PCI2040經(jīng)PCI總線(xiàn)存放在計算機硬盤(pán)上，從而實(shí)現錄音功能。(2)將存在硬盤(pán)上的壓縮碼流(以文件形式存在)，通過(guò)PCI2040經(jīng)PCI總線(xiàn)傳送到DSP的內部緩沖區中，進(jìn)行解壓縮處理(G.729解碼算法)，并將解碼后的數據通過(guò)D/A轉換回放出來(lái)。 語(yǔ)音卡硬件框圖如圖2所示。 電話(huà)信號音檢測部分主要實(shí)現振鈴檢測、摘掛機及話(huà)音傳輸功能。系統的核心是DSP，它完成各種復雜算法的處理，包括G.729編解碼算法、回聲消除算法、話(huà)音檢測及軟件摘掛機算法等。TMS320VC5410是TI 54X系列中一款高性能的DSP，它的處理功能達到100MIPS，因此能滿(mǎn)足算法復雜度的要求。它的最大特點(diǎn)是片內集成了64K×16bit的RAM和16K×16bit的ROM因而不需要外加SRAM或SDRAM就可以滿(mǎn)足系統設計的要求。TMS320VC5410內置了3個(gè)多通道緩沖串行口(McBSP)、6個(gè)DMA通道和一個(gè)8位增強型HPI口，可以方便地和外部進(jìn)行數據交換。在語(yǔ)音卡的設計中，采用PCI2040來(lái)完成DSP與主機交換數據的任務(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)際上是系統自動(dòng)分配的。所有的PNP器件都是如此?它將控制空間映射到主機內存，映射的空間大小為232-17=32KB。DSP芯片的選擇是通過(guò)解碼PCI_AD14、PCI_AD13來(lái)實(shí)現的。而PCI_AD12和PCI_AD11分別映射到HCNTL1和HCNTL0，用以決定訪(fǎng)問(wèn)DSP HPI寄存器的方式。其對應關(guān)系如表1所示。 因此，DSP與PC交換數據的過(guò)程，也就是讀寫(xiě)HPI寄存器的過(guò)程。具體描述如下： (1)初始化PCI2040內部配置寄存器，指向特定的DSP(本系統只有一個(gè)DSP和PCI2040相連)，指定數據傳輸寬度為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的內存空間里，不能映射在I/O空間。以上兩步都由驅動(dòng)程序完成。 (3)脫離復位狀態(tài)后，PCI2040解碼從PCI總線(xiàn)來(lái)的地址，以此來(lái)做出響應。若落入32KB的控制空間中，則根據HCNTL1和HCNTL0及片選情況訪(fǎng)問(wèn)相應HPI寄存器。 (4)設定HPI控制寄存器中的BOB位，選擇正確的高低8位排列方式。 (5)主機開(kāi)始對HPI寄存器進(jìn)行讀寫(xiě)。 2 基于WDM的PCI驅動(dòng)程序設計 2.1 WDM驅動(dòng)程序結構及原理 WDM是新一代的驅動(dòng)程序構架，它是一個(gè)跨平臺的驅動(dòng)程序模型，在WINDOWS 98以上的操作系統中都實(shí)現了全面兼容。不僅如此，WDM驅動(dòng)程序還可以在不修改源代碼的情況下經(jīng)過(guò)重新編譯后在非Intel平臺上運行，因而為驅動(dòng)程序開(kāi)發(fā)人員提供了極大的方便。 WDM驅動(dòng)程序是分層的，即不同層上的驅動(dòng)程序有著(zhù)不同的優(yōu)先級，而Windows 9x下的VxD則沒(méi)有此結構。另外，WDM還引入了功能設備對象FDO(Functional Device Object)與物理設備對象PDO(Physical Device Object)兩個(gè)新概念來(lái)描述硬件。PDO代表實(shí)際存在的硬件設備，它是在總線(xiàn)驅動(dòng)程序(BUS DRIVER)下枚舉并建立的，負責與真實(shí)硬件進(jìn)行I/O操作。FDO是由用戶(hù)驅動(dòng)程序建立的，一般來(lái)說(shuō)，它是用戶(hù)與真實(shí)硬件進(jìn)行I/O操作的一個(gè)窗口，是Win32賴(lài)以溝通內核的一個(gè)橋梁。對于驅動(dòng)程序開(kāi)發(fā)者，真正需要做的就是開(kāi)發(fā)FDO。至于PDO，則由BUS DRIVER建立，并在需要的時(shí)候作為參數由I/O Manager或其它系統組件傳給你的FDO。 在應用層與底層進(jìn)行通訊時(shí)，操作系統為每一個(gè)用戶(hù)請求打包成一個(gè)IRP(IO Request Packet)結構，將其發(fā)送至驅動(dòng)程序，并通過(guò)識別IRP中的PDO來(lái)識別是發(fā)送給哪一個(gè)設備的。另外，WDM不是通過(guò)驅動(dòng)程序名稱(chēng)，而是通過(guò)一個(gè)128位的全局惟一標識符(GUID)來(lái)識別驅動(dòng)程序的。 WDM驅動(dòng)程序都有一個(gè)初始化入口點(diǎn)，即DriverEntry，它相當于C語(yǔ)言中的main函數。當WDM驅動(dòng)程序被裝入時(shí)，內核調用DriverEntry例程。另外WDM設備驅動(dòng)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(hù)插入新設備時(shí)調用它來(lái)創(chuàng )建WDM設備對象的。 2.2 PCI語(yǔ)音卡驅動(dòng)程序設計 PCI總線(xiàn)支持即插即用，因而采用WDM模型來(lái)設計驅動(dòng)程序將使程序更加合理，支持更多的操作系統，并且在安裝維護上更加方便。 該驅動(dòng)程序主要用DriverStudio 2.5加VC++ 6.0設計。DriverStudio對DDK進(jìn)行封裝，利用向導可生成驅動(dòng)程序框架。在此基礎上再添加針對語(yǔ)音卡處理的函數及語(yǔ)句即可完成設計，調試工具為SOFTICE。程序結構框圖如圖4所示。 PCI2040.lib和PCI2040.dll處于Ring3層，它封裝了和底層驅動(dòng)打交道的函數，對外只顯現出如Open_Device()、Close_Device(HANDLE hDevice)、Record(HANDLE hDevice，LPSTR FileName)、Play(HANDLE hDevice，LPSTR FileName)等API函數。這樣可以讓多種編程語(yǔ)言以DLL的形式來(lái)調用，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(yǔ)音卡進(jìn)行數據交換搭建了一個(gè)橋梁。驅動(dòng)程序中主要模塊有:? (1)OnStartDevice()，在這個(gè)例程里驅動(dòng)程序將得到PnP管理器為語(yǔ)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發(fā)中斷，因此應有屏蔽中斷的操作。 (2)DeviceControl()，在這個(gè)例程中可以定制自己的函數來(lái)達到Ring3層和Ring0層相互通訊的目的。通過(guò)IOCTL_CODE可以區分不同的請求。例如： #define SEND_HEVENT CTL_CODE(FILE_DEVICE_UNKNOWN， 0x802， METHOD_BUFFERED， FILE_ANY_ACCESS) 在DeviceControl()中，可執行如下語(yǔ)句： case SEND_HEVENT： status = SEND_HEVENT_Handler(I)；//接收應用程序傳遞給WDM的事件句柄 m_Irq.Connect(LinkTo(Isr_Irq), this)； //連接中斷 INT_MASK_SET_UL=(ULONG)0x80000001； //開(kāi)相應中斷屏蔽位 m_CtlMemoryRange.outw((ULONG)0x0000，0x0b0b)；//清除中斷位，等待中斷到來(lái) break； 把連接中斷的函數放在DeviceControl()里，并沒(méi)有和初始化中斷(在OnStartDevice()中)放在一起，不然會(huì )在Win2000里引起死機。 DSP語(yǔ)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：當語(yǔ)音卡向主機發(fā)中斷時(shí)，驅動(dòng)程序就跳到Isr_Irq執行，并在DpcFor_Irq中將事件設置為信號態(tài)，從而通知上層應用程序進(jìn)行處理。 (3)Isr_Irq()，這個(gè)例程是用來(lái)處理中斷的。Windows 2000的中斷處理機制是假定多個(gè)設備可以共享一個(gè)硬件中斷。因此，Isr的首要工作就是找出哪一個(gè)設備發(fā)生了中斷。如果沒(méi)有，則應該立刻返回FALSE，以便HAL能把中斷送往其它設備驅動(dòng)程序。中斷服務(wù)例程Isr執行在提升的IRQL上，在DIRQL級別上運行的代碼需要盡可能快地運行。通常情況下，若判斷中斷是由自己的設備產(chǎn)生的，則調用一個(gè)在DISPATCH_LEVEL級別上運行的延遲過(guò)程調用(DpcFor_Irq)。 在處理的過(guò)程中要注意，當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(lái)，等到DpcFor_Irq的結尾處再開(kāi)中斷。Dpc中部分語(yǔ)句如下： if(m_pEventToSignal!=NULL) m_pEventToSignal->Set() //將事件設置為信號態(tài) t << ″Event Set!\n″; INT_MASK_SET_UL=(ULONG)(0x80000001)； //開(kāi)中斷 M_CtlMemoryRange.outw((ULONG)0x0000，0x0b0b)； |
