WinCE应用程序快速访问ISA总线端口
精简ISA总线是英创工控主板的特色之一，我们基于ISA总线推出了多串口、多网口、多CAN接口等扩展模块，我们的很多用户也基于ISA总线设计了自己的专有扩展单元并取得了成功。为了充分发挥ISA总线的性能，对于ISA总线的访问，我们除了提供最基本的设备驱动API操作函数外，还先后增加了ISA总线的块读写操作方法和ISA总线的DMA操作方法。当ISA总线以DMA方式进行数据传输时，在最大限度的利用ISA总线带宽的同时，又减少了ISA操作占用CPU的时间，所以利用DMA是进行批量数据传输时的首选方式。
在实际的应用中，除了成批量的数据访问外，也可能会存在对外设进行频繁的字或字节访问。英创主板的ISA总线周期通常在200ns左右，而应用程序调用一次设备驱动程序API(WriteFile，ReadFile)花费的时间却需要数微秒的时间，这显然大大降低了对外设单字（或单字节）的访问效率。为了解决这一问题，我们利用了WinCE的虚拟地址映射技术，在ISA驱动程序中实现了在使用ISA的应用进程地址空间内分配一段虚拟地址空间，并将其与ISA接口的物理地址空间进行了绑定。简单来讲就是实现了在WinCE应用程序中可以直接访问ISA总线的外设地址空间，从使用的角度看，我们实现了以下5个函数。ISAMmMap用于获得ISA总线的基地址，其余4个函数分别为字读/写和字节读/写操作函数。
HANDLE ISAMmMap(HANDLE hISA); // 映射ISA总线物理地址空间 BYTE ISARead8(HANDLE hMmMap, DWORD dwPortOffset); // 读单字节 void ISAWrite8(HANDLE hMmMap, DWORD dwPortOffset, BYTE ucValue); // 写单字节 WORD ISARead16(HANDLE hMmMap, DWORD dwPortOffset); // 读单字void ISAWrite16(HANDLE hMmMap, DWORD dwPortOffset, WORD wValue); // 写单字
下面是上述5个函数实现的源代码，在ISAMmMap函数中调用DeviceIoControl，通过IOCTL_VIRTUAL_COPY_EX命令获取ISA总线的基地址。
// Function: Get the base address of ISA Port
// Input: hISA: Handle of ISA1:
// Return: Base address of the ISA Port
HANDLE ISAMmMap(HANDLE hISA)
{
DWORD dwMemBase;
if(DeviceIoControl(hISA, //打开“ISA1:”返回的Handler
IOCTL_VIRTUAL_COPY_EX, // IOCTL命令码
NULL,0, // 不使用输入参数
&dwMemBase, sizeof(DWORD), // 得到ISA基地址
NULL, NULL))
return (HANDLE)dwMemBase;
return NULL;
}
// Function: read a byte from a port on ISA bus
// Input: hMmMap: Base address of the ISA Port
// dwPortOffset = 0, 1, .. 255, address of port on ISA
// Return: the byte data read
BYTE ISARead8(HANDLE hMmMap, DWORD dwPortOffset)
{
WORD *pPortAddr;
WORD wValue;
dwPortOffset &= 0xff;
dwPortOffset <<= 1; // D[0..7] <=> A[1..8] in AD-muxed mode
pPortAddr = (WORD*)((DWORD)hMmMap + dwPortOffset);
wValue = *pPortAddr;
return (BYTE)wValue;
}
// Function: write a byte to a port on ISA bus
// Input: hMmMap: Base address of the ISA Port//
// dwPortOffset = 0, 1, .. 255, address of port on ISA
// ucValue = the byte data to be written
void ISAWrite8(HANDLE hMmMap, DWORD dwPortOffset, BYTE ucValue)
{
WORD *pPortAddr;
dwPortOffset &= 0xff;
dwPortOffset <<= 1; // D[0..7] <=> A[1..8] in AD-muxed mode
pPortAddr = (WORD*)((DWORD)hMmMap + dwPortOffset);
*pPortAddr = (WORD)ucValue;
}
// Function: read a word from a port on ISA bus
// Input: hMmMap: Base address of the ISA Port
// dwPortOffset = 0, 2, 4, .. 254, address of port on ISA
// Return: the word data read
WORD ISARead16(HANDLE hMmMap, DWORD dwPortOffset)
{
DWORD *pPortAddr;
DWORD dwValue;
dwPortOffset &= 0xFE; // 2-byte alignment
dwPortOffset <<= 1; // D[0..7] <=> A[1..8] in AD-muxed mode
pPortAddr = (DWORD*)((DWORD)hMmMap + dwPortOffset);
dwValue = *pPortAddr;
// the high-byte of data is at value[23..16]
return (WORD)(((dwValue >> 8) & 0xFF00) | (dwValue & 0xFF));
}
// Function: write a word to a port on ISA bus
// Input: hMmMap: Base address of the ISA Port
// dwPortOffset = 0, 2, 4, .. 254, address of port on ISA
// wValue = the word data to be written
void ISAWrite16(HANDLE hMmMap, DWORD dwPortOffset, WORD wValue)
{
DWORD *pPortAddr;
DWORD dwValue;
dwPortOffset &= 0xFE; // 2-byte alignment
dwPortOffset <<= 1; // D[0..7] <=> A[1..8] in AD-muxed mode
pPortAddr = (DWORD*)((DWORD)hMmMap + dwPortOffset);
dwValue = wValue;
// dispatch high-byte of data to value[23..16]
*pPortAddr = ((dwValue << 8) & 0x00ff0000) | (dwValue & 0x000000ff);
} 我们在ESM3352上，分别测试了利用地址映射方法直接访问ISA外设地址和调用设备驱动API函数读写ISA地址，测得的结果是当进行字(WORD)读写时，应用程序直接访问ISA外设地址比调用设备驱动API函数快10倍以上，当时行字节(BYTE)读写时，应用程序直接访问ISA外设地址比调用设备驱动API函数快15倍以上。
下面是测试程序源代码：
int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
HANDLE hISA, hMmMap;
BYTE ucValue;
WORD wValue;
DWORD dwStartTick, dwEndTick, i, k, cnt=2000;
hISA = CreateFile(_T("ISA1:"), // name of device
GENERIC_READ|GENERIC_WRITE, // desired access
FILE_SHARE_READ|FILE_SHARE_WRITE, // sharing mode
NULL, // security attributes (ignored)
OPEN_EXISTING, // creation disposition
FILE_FLAG_RANDOM_ACCESS, // flags/attributes
NULL);
hMmMap = ISAMmMap(hISA);
if(hMmMap == NULL)
return -1;
printf("ISA read/write speed test\r\n");
printf("Memory Map VS Device Driver API\r\n");
dwStartTick = GetTickCount();
for(i=0; i<cnt; i++)
for(k=0; k<256; k++)
{
ISAWrite8(hMmMap, k, 0x55);
ucValue = ISARead8(hMmMap, k);
}
dwEndTick = GetTickCount();
printf("1. Memory map BYTE read/write %d KBytes, Take time:%d ms\r\n", 256 * 2 *cnt / 1024, dwEndTick - dwStartTick);
dwStartTick = GetTickCount();
for(i=0; i<cnt; i++)
for(k=0; k<256; k++)
{
ISA_WriteUchar( hISA, k, 0x55 );
ISA_ReadUchar( hISA, k, &ucValue );
}
dwEndTick = GetTickCount();
printf("2. Device driver API BYTE read/write %d KBytes, Take time:%d ms\r\n", 256 * 2 * cnt/ 1024, dwEndTick - dwStartTick);
cnt /= 2;
dwStartTick = GetTickCount();
for(i=0; i<cnt; i++)
for(k=0; k<256; k++)
{
ISAWrite16(hMmMap, k, 0x55AA);
wValue = ISARead16(hMmMap, k);
}
dwEndTick = GetTickCount();
printf("3. Memory map WORD read/write %d KBytes, Take time:%d ms\r\n", 256 * 4 * cnt / 1024, dwEndTick - dwStartTick);
dwStartTick = GetTickCount();
for(i=0; i<cnt; i++)
for(k=0; k<256; k++)
{
ISA_WriteWord( hISA, k, 0x55AA );
ISA_ReadWord( hISA, k, &wValue );
}
dwEndTick = GetTickCount();
printf("4. Device driver API WORD read/write %d KBytes, Take time:%d ms\r\n", 256 * 4 * cnt / 1024, dwEndTick - dwStartTick);
CloseHandle(hISA);
return 0;
} 下面是在ESM3352上两种访问方式的测试结果：
要实现应用程序直接访问ISA外设地址空间需要更新ISA驱动程序，需要的用户可与英创联系。