第5卷 第10期 中 国 水 运 Vol.5 No.10 2007年 10月 China Water Transport October 2007收稿日期：2007-8-4作者简介：周敏均 （1983-） 杭州电子科技大学 自动化学院 研究生 （310012） 研究方向：检测技术与自动化装置基于PCI 总线的视频采集卡驱动程序的设计与实现周敏均 杨成忠 江加加摘 要：本文介绍了基于PCI 总线的视频采集卡驱动程序的设计和实现。
视频采集卡基于PCI 总线的设计更好地满足了高速大容量的数据传输需求；针对视频设备的内核流驱动的设计更方便了上层应用软件的开发。
该视频采集卡驱动已经成功应用于视频监控系统中，有效地提高了视频监控系统的功效。
关键词：PCI 总线 视频采集卡 内核流驱动中图分类号：TP311.131 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2007）10-0149-03一、引言随着计算机、网络、多媒体技术以及全球安防事业的迅猛发展，数字视频技术得到了长足地发展，视频采集卡的应用也越来越广泛。
但是由于视频数据传输高速、大量的特点，传统的使用基于串口、并口或ISA 总线传输数据的方式已经不能满足其传输的需求。
同时，由于其复杂性，现在各厂商都是自己提供采集卡的SDK，没有统一的界面，使得上层应用的开发和设备的使用非常不便，而基于内核流的驱动程序能够很好的解决这个问题，上层应用程序能够通过系统提供的统一接口访问底层硬件。
当前，基于PCI 总线的视频采集卡以其强大而灵活的功能、高度的集成性成为主流产品。
为此，本文设计了基于PCI 总线的视频采集卡，并开发了相应的基于内核流的驱动程序。
二、视频采集卡硬件系统PCI 总线是近年来出现的一种高性能的局部总线，它理论上提供133MB/s 的传输速率，支持猝发式读写，具备完整的多总线主控能力，支持即插即用，很适合网络适配器、硬盘驱动器、全动态数字视频卡、图形卡及各类高速外设应用。
PCI 总线规范十分复杂，其接口的实现比ISA、EISA 困难，目前实现PCI 接口的有效方案有使用可编程逻辑器件和使用专门芯片两种。
图1 视频监控系统总体框图在高分辨率图像实时处理中数据量相当庞大，视频采集卡必须不间断地采集视频序列中的每帧图像，同时在采集下一帧视频数据时必须把这些数据传入PC 系统。
如果不能及时地处理第一帧数据，使得处理时间超过相邻两帧之间的间隔时间，则会出现数据丢失现象。
该视频采集卡采用SAA7130HL 视频采集芯片将模拟视频信号转化为数字图像数据，再通过PCI 总线接口芯片PCI6150将数字图像数据读入计算机，最后通过应用程序将图像显示出来。
这个设计能充分满足视频传输及处理的需求。
视频监控系统总体框图如图1。
三、视频采集卡驱动程序设计为了支持新的业务和新的PC 外部设备类型对驱动程序的开发，微软推出了用于Windows2000和Windows NT 的统一的WDM（Windows Driver Model，简称WDM）驱动程序模型。
而内核流驱动是针对多媒体设备的驱动模型，它是WDM 重要组成部分。
它的存在将使上层应用程序的开发更加方便，应用程序通过系统提供的统一接口即可使用设备。
1．驱动工作原理内核流驱动是一种内核模式驱动。
它的工作原理为： （1）当视频采集卡插入PCI 插槽，系统的PnP 管理器检测到和内核流驱动匹配的视频设备时，便通过I/O 管理器向流类驱动（Stream class driver）发送设备的I/O 请求，如：对设备的初始化等。
（2）同时，流小驱动（stream minidriver）向流类驱动进行注册，告知流类驱动它是合法的，接着流类驱动把接收到的I/O 请求以SRB （流请求块）的形式发送给流小驱动。
（3）流小驱动得到SRB 后，将其进行解析并把得到的信息（如对设备进行初始化）通过回调函数返送给流类驱动，流类驱动便根据流小驱动返送的信息创建相应的功能设备对象、DMA 适配器以及分配缓存等。
（4）建立video capture、preview 和VBI 输出pin 的过滤器，以及输入资源选择的crossbar。
（5）当驱动得到视频流数据后一路直接送到显卡进行显示，另一路则进行视频压缩保存起来。
2．驱动的初始化150 中 国 水 运 第5卷内核流驱动进行初始化时，操作系统首先调用DriverEntry 程序去初始化小驱动。
小驱动向类驱动注册时，小驱动会调用StreamClassRegisterMinidriver 函数传递一个HW_INITIALIZATION_DATA 的结构给流类驱动。
而流类驱动通过调用该结构的信息对流小驱动进行初始化，其中包含一些回调函数和DMA 配置等。
HW_INITIALIZA TION_DATA 结构如下：typedef struct HW_INITIALIZATION_DATA {ULONG HwInitializationDataSize; PHW_INTERRUPT HwInterrupt; PHW_RECEIVE_DEVICE_SRB HwReceivePacket;PHW_CANCEL_SRB HwCancelPacket; PHW_REQUEST_TIMEOUT_HANDLER HwRequestTimeoutHandler;ULONG DeviceExtensionSize; ULONG PerRequestExtensionSize; ULONG PerStreamExtensionSize; ULONG FilterInstanceExtensionSize; BOOLEAN BusMasterDMA; BOOLEAN Dma24BitAddresses; ULONG BufferAlignment;BOOLEAN TurnOffSynchronization; ULONG DmaBufferSize; ULONG Reserved[2];} HW_INITIALIZATION_DATA, *PHW_INITIALIZATI ON_DATA;然后，类驱动使用StrMiniReceiveDevicePacket 通知流小驱动初始化设备。
它发送SRB_INITIALIZE_DEVICE 请求，同时传送包含所需硬件信息的PROT_CONFIGURAT ION_ INFORMATION 结构给流小驱动。
当完成此请求后，类驱动使用StrMiniReceiveDevicePacket 发送SRB_GET_STREAM _INFO 请求去向流小驱动得到所有流信息及每个流的回调函数。
一旦类驱动完成流数据的处理便使用StrMi niReceive DevicePacket 去发送SRB_INITIAL IZATION_ COMPLETE 请求。
这时，流小驱动便准备开始处理每个流请求。
3．流请求块（SRB）处理流请求块是流小驱动对命令和信息控制的最基本机制。
通过它流小驱动可以对其某个特定功能进行访问。
操作系统把视频采集卡的I/O 请求分发给流类驱动，流类驱动再把这些请求以流请求块的形式传递给流小驱动。
当流小驱动解析出相关硬件的信息再用派遣函数返还给流类驱动，以此流类驱动完成相应的硬件操作。
总的来说，流小驱动和每个流都可能接收I/O 请求。
小驱动必须提供StrMiniReceiveDevicePacket 程序去处理各种设备请求。
每个流都必须有两个程序去处理I/O 请求：数据请求和控制请求。
类驱动通过调用数据请求回调函数Str-MiniReceiveStreamDataPacket 去处理所有的流读写请求。
所有其他的流请求通过strMiniReceiveStream ControlPacket 去传送。
假如类驱动正在处理小驱动的同步操作，它便把这些请求排队，一次次地把这些请求分发给小驱动。
类驱动维持着三个分离的队列，也就是流请求块的请求类型可分为三类：（1）设备请求 （2）流控制请求 （3）流数据请求流小驱动针对这三类请求有相应的例程，如表1：请求类型 例程例程变量的消息类型 设备请求 StreamClassDeviceNotification ReadyForNextDeviceRequest 流控制请求 StreamClassStreamNotification ReadyForNextStreamControlRequest 流数据请求StreamClassStreamNotificationReadyForNextStreamDataRequest表1 流请求对应例程例如当操作系统接收到的视频采集卡I/O 请求是对设备的初始化。
它便把这个请求分发给流类驱动。
流类驱动再把此设备请求以SRB_INITIALIZE_DEVICE 形式传递给流小驱动。
由于SRB_INITIALIZE_DEVICE 带有视频卡初始化的信息，所以当流小驱动再把解析出来的信息返还给流类驱动时，就可以通过调用函数OnCreateAdapter()来创建设备的适配器完成设备的初始化。
流请求SRB_INITIALIZE_DEVICE 的处理流程如图2图2 SRB_INITIALIZE_DEVICE 处理流程4．流小驱动的控制PnP 管理器检测到流小驱动支持的硬件适配器，然后管理器核查注册表去解析符号应用，同时把请求传送给I/O 子系统。
I/O 子系统装载流小驱动，调用小驱动的DriverEntry 例程。
在DriverEntry 例程中，将分配和初始化HW_INITIALIZATION_DATA 结构。
根据DriverEntry 程序中的信息，一个文件对象将被创建。
然后，流小驱动的DriverEntry 例程调用流类驱动的StreamClassRegiste rMinidriver 函数，同时把HW_INITIALIZATION_DATA 结构作为参数传递给此函数。
HW_INITIALIZATION_DATA 结构包含处理SRBs 的流小驱动函数的地址。
这样流小驱动就能对类驱动发送的SRBs 做出反应。
在初始化过程中，流类驱动调用在HW_INITIALIZATION_DATA 结构中指定的接收SRB_INITIALIZE_DEVICE 的函数。
随后，流小驱动初始化硬件适配器。
第10期 周敏均等：基于PCI总线的视频采集卡驱动程序的设计与实现 151流类驱动通过传送SRB_READ_DATA或者SRB_WR ITE_DATA命令给指定的函数从视频流发送或者接受数据。
四、结束语本文在分析现有视频采集卡与视频驱动程序，以及阅读相关驱动程序开发资料的基础上，设计和开发了基于PCI总线的视频内核流驱动程序。
