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--  Windows驅(qū)動開發(fā)  (http://www.scarborough.cn/bbs/list.asp?boardid=75)
----  Windows2000設(shè)備驅(qū)動程序的研制開發(fā)  (http://www.scarborough.cn/bbs/dispbbs.asp?boardid=75&id=2737)

-- 作者：wangxinxin
-- 發(fā)布時間：2010-12-17 14:51:49
-- Windows2000設(shè)備驅(qū)動程序的研制開發(fā)

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由于工作關(guān)系，我經(jīng)常涉及PC機(jī)與外圍設(shè)備接口的工作，從PC機(jī)這方面要做的工作看來，主要是通過接口處理外圍設(shè)備的中斷，通過I/O端口或內(nèi)存地址與外設(shè)互相傳遞數(shù)據(jù)。從計算機(jī)原理的角度看，所要達(dá)到的目的很簡單，那么如何編寫程序完成上述功能呢？目前國內(nèi)流行的PC操作系統(tǒng)有三種：DOS，Win95/98系列，WindowsNT。DOS是單用戶、單任務(wù)操作系統(tǒng)，由于PC機(jī)硬件處理速度不斷提高，基于單用戶、單任務(wù)的操作系統(tǒng)越來越不能充分發(fā)揮硬件的功能，現(xiàn)在只應(yīng)用于一些老式PC及其它個別場合，有逐漸被淘汰的趨勢；Win95/98系列和WindowsNT屬于多任務(wù)操作系統(tǒng)，不論從其原理還是界面上看，這兩種操作系統(tǒng)都比DOS有著無可比擬的優(yōu)越性，這兩種操作系統(tǒng)雖然在界面和操作上及其相似，但其內(nèi)部實現(xiàn)的諸多方面有許多區(qū)別，有些區(qū)別是本質(zhì)上的。Win95/98設(shè)計目標(biāo)是針對一般家庭用戶，安全性及可靠性存在許多薄弱環(huán)節(jié)，就可靠性而言，Win95/98系列不能很好的防止多任務(wù)環(huán)境中某個進(jìn)程的非法操作導(dǎo)致系統(tǒng)中其它程序甚至整個系統(tǒng)的崩潰，而WindowsNT在這方面及其它諸多方面設(shè)計的相當(dāng)嚴(yán)謹(jǐn)。這兩種操作系統(tǒng)是Microsoft公司同一時期的產(chǎn)品，但針對不同的使用群，所以在一些重要場合及生產(chǎn)實踐中應(yīng)該選擇WindowsNT作為<a title="計算機(jī)類相關(guān)論文" href="http://www.lwlm.com/search.aspx?Where=title&cid=0&Keyword=%BC%C6%CB%E3%BB%FA&x=36&y=10">計算機(jī)</a>的操作系統(tǒng)，此外，從發(fā)展趨勢來看，WindowsNT已經(jīng)成為定型產(chǎn)品，具有相對穩(wěn)定性。在不同操作系統(tǒng)下編寫驅(qū)動程序是有很大區(qū)別的，在DOS平臺上，應(yīng)用程序和設(shè)備驅(qū)動程序之間沒有標(biāo)準(zhǔn)的接口，它們在外部表現(xiàn)為一個擴(kuò)展名為EXE的文件，驅(qū)動程序的作用被柔和在應(yīng)用程序中，這樣，應(yīng)用程序為了使用不同廠商的同一類設(shè)備，必須了解這些設(shè)備在接口上具體的硬件實現(xiàn)，同時，對于一個特定型號的硬件產(chǎn)品，所有支持它的應(yīng)用軟件中對于控制整個設(shè)備動作的這部分代碼，可能被多次重寫。這種情況不適應(yīng)硬件及應(yīng)用軟件的飛速發(fā)展。Windows系統(tǒng)在這方面，進(jìn)行了根本性改進(jìn)，把控制設(shè)備動作的這部分代碼獨(dú)立出來，提出了設(shè)備驅(qū)動程序的概念,驅(qū)動程序是應(yīng)用程序和硬件設(shè)備之間的一個橋梁，應(yīng)用程序與驅(qū)動程序之間有明確的接口，應(yīng)用程序通過與驅(qū)動程序交換信息，達(dá)到控制外設(shè)的目的。接口定義的操作是面向設(shè)備的，這就是說，在應(yīng)用程序的設(shè)計中，并不用關(guān)心對外設(shè)操作的具體硬件實現(xiàn)，只是對驅(qū)動程序發(fā)出一系列指令既可；驅(qū)動程序接受來自上層應(yīng)用程序的指示，具體操縱實際硬件，完成用戶功能。具體實現(xiàn)上，Win95/98系列與WindowsNT又有所區(qū)別，WindowsNT是嚴(yán)格按照上述思路設(shè)計的；而Win95/98系列不那么嚴(yán)格，其支持上述思路，但同時應(yīng)用程序也可以繞過驅(qū)動程序直接訪問實際物理I/O，這樣做，增加程序設(shè)計的靈活性，但同時，對系統(tǒng)可靠性造成一定隱患。這也正是Win95/98系列可靠性低于WinNT的原因之一。表1-1三種操作系統(tǒng)下訪問接口比較 <table cellspacing="0" cellpadding="0" width="100%" border="1"> <tbody> <tr> <td width="33%"> 操作系統(tǒng) </td> <td width="33%"> 應(yīng)用程序訪問接口方式 </td> <td width="34%"> 訪問權(quán)限 </td></tr> <tr> <td width="33%"> DOS </td> <td width="33%"> 直接訪問 </td> <td width="34%"> 所有[注] </td></tr> <tr> <td width="33%" rowspan="2"> Windows95/98 </td> <td width="33%"> 通過設(shè)備驅(qū)動程序*.VXD </td> <td width="34%"> 所有[注] </td></tr> <tr> <td width="33%"> 直接訪問 </td> <td width="34%"> 僅I/O端口 </td></tr> <tr> <td width="33%"> WindowsNT </td> <td width="33%"> 通過設(shè)備驅(qū)動程序*.SYS </td> <td width="34%"> 所有[注] </td></tr></tbody></table> [注]‘所有’指I/O端口，RAM總線，中斷，DMA。 WindowsNT設(shè)備驅(qū)動程序的組成原理 WindowsNT操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分為用戶模式和內(nèi)核模式，用戶模式下的<a href="javascript:;" target="_self">編程</a>為應(yīng)用程序的設(shè)計，而開發(fā)設(shè)備驅(qū)動程序，則屬于內(nèi)核模式下的編程，內(nèi)核模式組件包括NT Executive(ExXxx),內(nèi)核(KeXxx),硬件抽象層(HalXxx)。其層次如圖2-1所示，其中NT Executive包括幾個獨(dú)立的軟件組件，它們是系統(tǒng)服務(wù)接口(ZwXxx)，對象<a title="管理類相關(guān)論文" href="http://www.lwlm.com/search.aspx?Where=title&cid=0&Keyword=%B9%DC%C0%ED%A1%A1&x=35&y=9">管理</a>器(ObXxx)，配置管理器，進(jìn)程管理器(PsXxx)，安全監(jiān)視器(SeXxx)，虛擬空間管理器(MemXxx)，本地進(jìn)程調(diào)用，I/O管理器(IoXxx)。內(nèi)核模式的系統(tǒng)服務(wù)并不是全部公開的，而是提供了一系列開發(fā)設(shè)備驅(qū)動程序需要的函數(shù)(上文括號內(nèi)為函數(shù)形式，函數(shù)手冊參見[2]Kernel-Mode Drivers-Reference章節(jié))，換言之，這些函數(shù)功能是所有內(nèi)核模式的系統(tǒng)服務(wù)功能的子集。驅(qū)動程序由一系列相對獨(dú)立的函數(shù)組成，由I/O<a title="管理類相關(guān)論文" href="http://www.lwlm.com/search.aspx?Where=title&cid=0&Keyword=%B9%DC%C0%ED%A1%A1&x=35&y=9">管理</a>器根據(jù)需要調(diào)用這些函數(shù)，對于一個需要處理中斷的最簡單的驅(qū)動程序也需要由以下幾個函數(shù)構(gòu)成： 1.DriverEntry()運(yùn)行于PASSIVE_LEVEL 驅(qū)動程序入口點(diǎn)，當(dāng)驅(qū)動程序被手動或自動裝入系統(tǒng)后，驅(qū)動程序從這點(diǎn)開始執(zhí)行，主要用于定位硬件資源，建立指向其它驅(qū)動程序函數(shù)的指針等其它初始化工作。 2.XxUnload()運(yùn)行于PASSIVE_LEVEL 用于驅(qū)動程序從系統(tǒng)卸出之前，釋放由驅(qū)動程序占用的所有系統(tǒng)資源。 3.XxIsr()運(yùn)行于DIRQL 中斷服務(wù)程序。 4.XxDpcForIsr()運(yùn)行于DISPATCH_LEVEL 中斷服務(wù)程序后處理程序，以排隊方執(zhí)行不太關(guān)鍵代碼的執(zhí)行，由于排隊機(jī)制及優(yōu)先級，不會造成代碼擁塞從而提高中斷服務(wù)程序的響應(yīng)并且提高系統(tǒng)總體I/O吞吐率。 5.XxOpen()運(yùn)行于PASSIVE_LEVEL 處理應(yīng)用程序Win32函數(shù)CreateFile()請求。 6.XxClose()運(yùn)行于PASSIVE_LEVEL 處理應(yīng)用程序Win32函數(shù)CloseHandle()請求。 7.XxDispatch()運(yùn)行于PASSIVE_LEVEL 處理應(yīng)用程序Win32函數(shù)DeviceIoControl()請求，通過一系列自定義命令，驅(qū)動程序與應(yīng)用程序交換特定的信息。 WindowsNT使用一個抽象化的CPU優(yōu)先級方案，IRQL代表中斷請求級，任一時刻CPU總處在某一級上，這個數(shù)越大，表示當(dāng)前的任務(wù)重要性越大，如表2-1所示，從上至下IRQL越來越小。所有上述驅(qū)動程序的函數(shù)及內(nèi)核模式函數(shù)都必須運(yùn)行于各自的IRQL級上，如果違反這一調(diào)用規(guī)定，會造成系統(tǒng)崩潰。例如，中斷服務(wù)程序(XxIsr)運(yùn)行于DIRQL及上，那幺在編寫中斷服務(wù)程序時，只能調(diào)用允許在這一級運(yùn)行的內(nèi)核模式函數(shù)(并不是所有內(nèi)核模式函數(shù)都能運(yùn)行于DIRQL級)。至于每個內(nèi)核模式函數(shù)運(yùn)行級別的說明，詳見[2]Kernel-Mode Drivers-Reference章節(jié)。 WindowsNT是一多任務(wù)系統(tǒng)，許多設(shè)備的驅(qū)動程序同時存在系統(tǒng)中，這樣各個設(shè)備所占用的資源(中斷，I/O及RAM地址空間)很有可能沖突，如果設(shè)備驅(qū)動程序在運(yùn)行之前不進(jìn)行‘探測’而使用自己硬件設(shè)備的資源，有可能和系統(tǒng)內(nèi)其它設(shè)備占用的資源沖突，后果不堪設(shè)想。WindowsNT通過注冊表<a title="管理類相關(guān)論文" href="http://www.lwlm.com/search.aspx?Where=title&cid=0&Keyword=%B9%DC%C0%ED%A1%A1&x=35&y=9">管理</a>硬件資源的占用信息，作為內(nèi)核模式信任的組件，驅(qū)動程序使用硬件資源之前必須遵循‘查詢-申請-使用-釋放’的原則(如圖2-2所示)。表2-1 <table cellspacing="0" cellpadding="0" width="100%" border="1"> <tbody> <tr> <td width="50%"> 來源 </td> <td width="50%"> IRQL </td></tr> <tr> <td width="50%" rowspan="7"> 硬件 </td> <td width="50%"> HIGHEST_LEVEL </td></tr> <tr> <td width="50%"> POWER_LEVEL </td></tr> <tr> <td width="50%"> IPI_LEVEL </td></tr> <tr> <td width="50%"> CLOCK2_LEVEL </td></tr> <tr> <td width="50%"> CLOCK1_LEVEL </td></tr> <tr> <td width="50%"> PROFILE_LEVEL </td></tr> <tr> <td width="50%"> DIRQLs(I/O設(shè)備中斷平臺相關(guān)的級數(shù)) </td></tr> <tr> <td width="50%" rowspan="3"> 軟件 </td> <td width="50%"> DISPATCH_LEVEL </td></tr> <tr> <td width="50%"> APC_LEVEL </td></tr> <tr> <td width="50%"> PASSIVE_LEVEL </td></tr></tbody></table> WindowsNT設(shè)備驅(qū)動程序的編寫步驟與實例 現(xiàn)以一實際例子簡要說明設(shè)備驅(qū)動程序的開發(fā)步驟，本例以CINRAD天氣雷達(dá)測試卡實際應(yīng)用為原型，加以簡化、抽象。
說明：上面顯示的是代碼內(nèi)容。您可以先檢查過代碼沒問題，或修改之后再運(yùn)行.