CTI（Computer Telephone Integration）即计算机电话集成技术已经发展了 30 多年。其中电话语音卡是 CTI 中的典型应用之一，它作为电脑与公用电话网的接口设备，应用领域已经渗透到社会各个部门。同时，在语音卡的开发中也不断注入了新的技术，软件上有语音合成、语音识别等技术，而硬件上最重要的就是 DSP 技术和 PCI 总线技术。研制了基于 TMS320VC5410DSP 的 PCI 语音卡，并设计了相应的 WDM 设备驱动程序，取得了良好的效果。
1、 硬件设计
1.1 PCI 总线控制芯片 PCI2040 PCI 总线是一种不依附于某个具体处理器的局部总线，它支持 32 位或 64 位的总线宽度，频率通常是 33MHz，目前最快的 PCI2.0 总线工作频率是 66MHz。工作在 33MHz、32 位时，理论上最大数据传输速率能达到 133MB/s。它支持猝发工作方式，提高了传输速度，支持即插即用，PCI 部件和驱动程序可以在各种不同的平台上运行。
实现 PCI 总线协议一般有两种方法，一是用 FPGA 设计实现，但 PCI 协议比较复杂，因此难度较大；二是采用 PCI 总线控制芯片，如 AMCC 公司的 S5933、PLX 公司的 PCI9080 等通用的 PCI 接口芯片。TI 公司专门推出了针对 PCI 总线和 DSP接口的芯片 PCI2040，它不但实现了 PCI 总线控制的功能，而且提供了和 DSP 芯片无缝的接口，因而大大简化了系统设计的复杂度并缩短了开发时间。
PCI2040 内部功能框图如图 1 所示。
PCI2040 是一个 PCI-DSP 桥接器件，它提供了 PCI 局部总线和 TMS320C54X 8 位主机接口（HPI）与 TMS320C6X 16 位主机接口的无缝连接。一片 PCI2040 最多能同时挂接 4 片 DSP 芯片。同时，它还提供了一个串行 EEPROM 接口，一个通用输入输出接口（GPIO）和一个 16 位通用总线接口（为 TI JTAG 测试总线控制器提供接口）。PCI2040 只能作为 PCI 目标设备使用，不能作为 PCI 主设备使用；它只支持单字的读写，不能提供 DMA 操作。PCI2040 能够兼容 3.3V 和 5V 信号环境系统中的 3.3V 和 5V 信号可以直接从 PCI 插槽中获得。
1.2 语音卡硬件设计 1.2.1 功能简介及硬件框图 语音卡是基于 TMS320VC5410 DSP 和 PCI2040 而设计的。此卡的主要功能是：（1）通过电话信号音检测模块，将对方说话的声音经 A/D 转换后，交给 DSP 进行压缩处理，采用 G.729 编码算法压缩后速率可达到 8kbps，然后将压缩后的码流通过 PCI2040 经 PCI 总线存放在计算机硬盘上，从而实现录音功能。（2）将存在硬盘上的压缩码流（以文件形式存在），通过 PCI2040 经 PCI 总线传送到 DSP 的内部缓冲区中，进行解压缩处理（G.729 解码算法），并将解码后的数据通过 D/A 转换回放出来。
语音卡硬件框图如图 2 所示。
电话信号音检测部分主要实现振铃检测、摘挂机及话音传输功能。系统的核心是 DSP，它完成各种复杂算法的处理，包括 G.729 编解码算法、回声消除算法、话音检测及软件摘挂机算法等。TMS320VC5410 是 TI 54X 系列中一款高性能的 DSP，它的处理功能达到 100MIPS，因此能满足算法复杂度的要求。它的最大特点是片内集成了 64K×16bit 的 RAM 和 16K×16bit 的 ROM 因而不需要外加 SRAM 或 SDRAM 就可以满足系统设计的要求。TMS320VC5410 内置了 3 个多通道缓冲串行口（McBSP）、6 个 DMA 通道和一个 8 位增强型 HPI 口，可以方便地和外部进行数据交换。在语音卡的设计中，采用 PCI2040 来完成 DSP 与主机交换数据的任务。
1.2.2 PCI2040 与 TMS320VC5410 接口 PCI2040 与 TMS320VC5410 HPI 口的连接如图 3 所示。
PCI_AD31~PCI_AD15 决定了 PCI2040 的控制空间基地址（Control Space Base Address）寄存器的值，这个值实际上是系统自动分配的。所有的 PNP 器件都是如此它将控制空间映射到主机内存，映射的空间大小为 232-17=32KB。DSP 芯片的选择是通过解码 PCI_AD14、PCI_AD13 来实现的。而 PCI_AD12 和 PCI_AD11 分别映射到 HCNTL1 和 HCNTL0，用以决定访问 DSP HPI 寄存器的方式。其对应关系如表 1 所示。
因此，DSP 与 PC 交换数据的过程，也就是读写 HPI 寄存器的过程。具体描述如下：
（1）初始化 PCI2040 内部配置寄存器，指向特定的 DSP（本系统只有一个 DSP 和 PCI2040 相连），指定数据传输宽度为 8 位。
（3）脱离复位状态后，PCI2040 解码从 PCI 总线来的地址，以此来做出响应。若落入 32KB 的控制空间中，则根据 HCNTL1 和 HCNTL0 及片选情况访问相应 HPI 寄存器。
（4）设定 HPI 控制寄存器中的 BOB 位，选择正确的高低 8 位排列方式。
（5）主机开始对 HPI 寄存器进行读写。
2、 基于 WDM 的 PCI 驱动程序设计 2.1 WDM 驱动程序结构及原理 WDM 是新一代的驱动程序构架，它是一个跨平台的驱动程序模型，在 WINDOWS 98 以上的操作系统中都实现了全面兼容。不仅如此，WDM 驱动程序还可以在不修改源代码的情况下经过重新编译后在非 Intel 平台上运行，因而为驱动程序开发人员提供了极大的方便。
WDM 驱动程序是分层的，即不同层上的驱动程序有着不同的优先级，而 Windows 9x 下的 VxD 则没有此结构。另外，WDM 还引入了功能设备对象 FDO（Functional Device Object）与物理设备对象 PDO（Physical Device Object）两个新概念来描述硬件。PDO 代表实际存在的硬件设备，它是在总线驱动程序（BUS DRIVER）下枚举并建立的，负责与真实硬件进行 I/O 操作。FDO 是由用户驱动程序建立的，一般来说，它是用户与真实硬件进行 I/O 操作的一个窗口，是 Win32 赖以沟通内核的一个桥梁。对于驱动程序开发者，真正需要做的就是开发 FDO。至于 PDO，则由 BUS DRIVER 建立，并在需要的时候作为参数由 I/O Manager 或其它系统组件传给你的 FDO。
在应用层与底层进行通讯时，操作系统为每一个用户请求打包成一个 IRP（IO Request Packet）结构，将其发送至驱动程序，并通过识别 IRP 中的 PDO 来识别是发送给哪一个设备的。另外，WDM 不是通过驱动程序名称，而是通过一个 128 位的全局惟一标识符（GUID）来识别驱动程序的。
WDM 驱动程序都有一个初始化入口点，即 DriverEntry，它相当于 C 语言中的 main 函数。当 WDM 驱动程序被装入时，内核调用 DriverEntry 例程。另外 WDM 设备驱动程序还需要一个即插即用模块，即 AddDevice。AddDevice 例程就是 PnP 管理器在用户插入新设备时调用它来创建 WDM 设备对象的。
2.2 PCI 语音卡驱动程序设计 PCI 总线支持即插即用，因而采用 WDM 模型来设计驱动程序将使程序更加合理，支持更多的操作系统，并且在安装维护上更加方便。
该驱动程序主要用 DriverStudio 2.5 加 VC++ 6.0 设计。DriverStudio 对 DDK 进行封装，利用向导可生成驱动程序框架。在此基础上再添加针对语音卡处理的函数及语句即可完成设计，调试工具为 SOFTICE。程序结构框图如图 4 所示。
PCI2040.lib 和 PCI2040.dll 处于 Ring3 层，它封装了和底层驱动打交道的函数，对外只显现出如 Open_Device（）、Close_Device（HANDLE hDevice）、Record（HANDLE hDevice，LPSTR FileName）、Play（HANDLE hDevice，LPSTR FileName）等 API 函数。这样可以让多种编程语言以 DLL 的形式来调用，给使用者提供了方便。
核心编程是 PCI2040.sys，它处于 Ring0 层，为 Ring3 层和 PCI 语音卡进行数据交换搭建了一个桥梁。驱动程序中主要模块有：
（1）OnStartDevice（），在这个例程里驱动程序将得到 PnP 管理器为语音卡所分配的硬件资源，包括 HPI CSR 基地址和 HPI 控制空间基地址，对 PCI 配置空间进行初始化。初始化中断等。需要注意的是，在初始化中断之前禁止卡向主机发中断，因此应有屏蔽中断的操作。
（2）DeviceControl（），在这个例程中可以定制自己的函数来达到 Ring3 层和 Ring0 层相互通讯的目的。通过 IOCTL_CODE 可以区分不同的请求。例如：
#define SEND_HEVENT CTL_CODE（FILE_DEVICE_UNKNOWN， 0x802， METHOD_BUFFERED， FILE_ANY_ACCESS）
在 DeviceControl（）中，可执行如下语句：
case SEND_HEVENT：
status = SEND_HEVENT_Handler（I）；// 接收应用程序传递给 WDM 的事件句柄
m_Irq.Connect（LinkTo（Isr_Irq）， this）； // 连接中断
INT_MASK_SET_UL=（ULONG）0x80000001； // 开相应中断屏蔽位
m_CtlMemoryRange.outw（（ULONG）0x0000，0x0b0b）；// 清除中断位，等待中断到来
break；
把连接中断的函数放在 DeviceControl（）里，并没有和初始化中断（在 OnStartDevice（）中）放在一起，不然会在 Win2000 里引起死机。
DSP 语音卡是基于中断处理的，因此上面的程序就起了这样一个作用：当语音卡向主机发中断时，驱动程序就跳到 Isr_Irq 执行，并在 DpcFor_Irq 中将事件设置为信号态，从而通知上层应用程序进行处理。
（3）Isr_Irq（），这个例程是用来处理中断的。Windows 2000 的中断处理机制是假定多个设备可以共享一个硬件中断。因此，Isr 的首要工作就是找出哪一个设备发生了中断。如果没有，则应该立刻返回 FALSE，以便 HAL 能把中断送往其它设备驱动程序。中断服务例程 Isr 执行在提升的 IRQL 上，在 DIRQL 级别上运行的代码需要尽可能快地运行。通常情况下，若判断中断是由自己的设备产生的，则调用一个在 DISPATCH_LEVEL 级别上运行的延迟过程调用（DpcFor_Irq）。
在处理的过程中要注意，当确定是自己卡的中断时，要马上屏蔽中断位防止中断再进来，等到 DpcFor_Irq 的结尾处再开中断。Dpc 中部分语句如下：
if（m_pEventToSignal！=NULL） m_pEventToSignal-》Set（） // 将事件设置为信号态
t 《《 ″Event Set！\n″;
INT_MASK_SET_UL=（ULONG）（0x80000001）； // 开中断
M_CtlMemoryRange.outw（（ULONG）0x0000，0x0b0b）；
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