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Windows2000設備驅動程序的研制開發(fā) 發(fā)帖心情

發(fā)帖心情

Post By：2010-12-17 14:51:49

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由于工作關系，我經(jīng)常涉及<font face="Times New="New" Roman">PC</font>機與外圍設備接口的工作，從<font face="Times New="New" Roman">PC</font>機這方面要做的工作看來，主要是通過接口處理外圍設備的中斷，通過<font face="Times New="New" Roman">I/O</font>端口或內存地址與外設互相傳遞數(shù)據(jù)。從<font face="Times New="New" Roman"></font>計算<font face="Times New="New" Roman"></font>機原理的角度看，所要達到的目的很簡單，那么如何編寫程序完成上述功能呢？目前<font face="Times New="New" Roman"></font>國內流行的<font face="Times New="New" Roman">PC</font>操作系統(tǒng)有三種：<font face="Times New="New" Roman">DOS</font>，<font face="Times New="New" Roman">Win95/98</font>系列，<font face="Times New="New" Roman">WindowsNT</font>。<font face="Times New="New" Roman">DOS</font>是單用戶、單任務操作系統(tǒng)，由于<font face="Times New="New" Roman">PC</font>機硬件處理速度不斷提高，基于單用戶、單任務的操作系統(tǒng)越來越不能充分發(fā)揮硬件的功能，現(xiàn)在只<font face="Times New="New" Roman"></font>應用<font face="Times New="New" Roman"></font>于一些老式<font face="Times New="New" Roman">PC</font>及其它個別場合，有逐漸被淘汰的趨勢；<font face="Times New="New" Roman">Win95/98</font>系列和<font face="Times New="New" Roman">WindowsNT</font>屬于多任務操作系統(tǒng)，不論從其原理還是界面上看，這兩種操作系統(tǒng)都比<font face="Times New="New" Roman">DOS</font>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，但其內部實現(xiàn)的諸多方面有許多區(qū)別，有些區(qū)別是本質上的。<font face="Times New="New" Roman">Win95/98</font>設計目標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，<font face="Times New="New" Roman">Win95/98</font>系列不能很好的防止多任務環(huán)境中某個進程的非法操作導致系統(tǒng)中其它程序甚至整個系統(tǒng)的崩潰，而<font face="Times New="New" Roman">WindowsNT</font>在這方面及其它諸多方面設計的相當嚴謹。這兩種操作系統(tǒng)是<font face="Times New="New" Roman">Microsoft</font>公司同一時期的產品，但針對不同的使用群，所以在一些重要場合及生產實踐中應該選擇<font face="Times New="New" Roman">WindowsNT</font>作為<a title="計算機類相關論文" href="http://www.lwlm.com/search.aspx?Where=title&cid=0&Keyword=%BC%C6%CB%E3%BB%FA&x=36&y=10"><font color="#000000">計算機</font></a>的操作系統(tǒng)，此外，從<font face="Times New="New" Roman"></font>發(fā)展<font face="Times New="New" Roman"></font>趨勢來看，<font face="Times New="New" Roman">WindowsNT</font>已經(jīng)成為定型產品，具有相對穩(wěn)定性。在不同操作系統(tǒng)下編寫驅動程序是有很大區(qū)別的，在<font face="Times New="New" Roman">DOS</font>平臺上，應用程序和設備驅動程序之間沒有標準的接口，它們在外部表現(xiàn)為一個擴展名為<font face="Times New="New" Roman">EXE</font>的文件，驅動程序的作用被柔和在應用程序中，這樣，應用程序為了使用不同廠商的同一類設備，必須了解這些設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品，所有支持它的應用軟件中對于控制整個設備動作的這部分代碼，可能被多次重寫。這種情況不適應硬件及應用軟件的飛速發(fā)展。<font face="Times New="New" Roman">Windows</font>系統(tǒng)在這方面，進行了根本性改進，把控制設備動作的這部分代碼獨立出來，提出了設備驅動程序的概念<font face="Times New="New" Roman">,</font>驅動程序是應用程序和硬件設備之間的一個橋梁，應用程序與驅動程序之間有明確的接口，應用程序通過與驅動程序交換信息，達到控制外設的目的。接口定義的操作是面向設備的，這就是說，在應用程序的設計中，并不用關心對外設操作的具體硬件實現(xiàn)，只是對驅動程序發(fā)出一系列指令既可；驅動程序接受來自上層應用程序的指示，具體操縱實際硬件，完成用戶功能。具體實現(xiàn)上，<font face="Times New="New" Roman">Win95/98</font>系列與<font face="Times New="New" Roman">WindowsNT</font>又有所區(qū)別，<font face="Times New="New" Roman">WindowsNT</font>是嚴格按照上述思路設計的；而<font face="Times New="New" Roman">Win95/98</font>系列不那么嚴格，其支持上述思路，但同時應用程序也可以繞過驅動程序直接訪問實際物理<font face="Times New="New" Roman">I/O</font>，這樣做，增加程序設計的靈活性，但同時，對系統(tǒng)可靠性造成一定隱患。這也正是<font face="Times New="New" Roman">Win95/98</font>系列可靠性低于<font face="Times New="New" Roman">WinNT</font>的原因之一。表<font face="Times New="New" Roman">1-1</font>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%"> 應用程序訪問接口方式 </td> <td width="34%"> 訪問權限 </td></tr> <tr> <td width="33%"> <font face="Times New="New" Roman">DOS</font> </td> <td width="33%"> 直接訪問 </td> <td width="34%"> 所有<font face="Times New="New" Roman">[</font>注<font face="Times New="New" Roman">]</font> </td></tr> <tr> <td width="33%" rowspan="2"> <font face="Times New="New" Roman">Windows95/98</font> </td> <td width="33%"> 通過設備驅動程序<font face="Times New="New" Roman">.VXD</font> </td> <td width="34%"> 所有<font face="Times New="New" Roman">[</font>注<font face="Times New="New" Roman">]</font> </td></tr> <tr> <td width="33%"> 直接訪問 </td> <td width="34%"> 僅<font face="Times New="New" Roman">I/O</font>端口 </td></tr> <tr> <td width="33%"> <font face="Times New="New" Roman">WindowsNT</font> </td> <td width="33%"> 通過設備驅動程序<font face="Times New="New" Roman">.SYS</font> </td> <td width="34%"> 所有<font face="Times New="New" Roman">[</font>注<font face="Times New="New" Roman">]</font> </td></tr></tbody></table> <font face="Times New="New" Roman">[</font>注<font face="Times New="New" Roman">]‘</font>所有<font face="Times New="New" Roman">’</font>指<font face="Times New="New" Roman">I/O</font>端口，<font face="Times New="New" Roman">RAM</font>總線，中斷，<font face="Times New="New" Roman">DMA</font>。 <font face="Times New="New" Roman">WindowsNT</font>設備驅動程序的組成原理 <font face="Times New="New" Roman">WindowsNT</font>操作系統(tǒng)結構分為用戶模式和內核模式，用戶模式下的<a href="javascript:;" target="_self"><u><strong>編程</strong></u></a>為應用程序的設計，而開發(fā)設備驅動程序，則屬于內核模式下的編程，內核模式組件包括<font face="Times New="New" Roman">NT Executive(ExXxx),</font>內核<font face="Times New="New" Roman">(KeXxx),</font>硬件抽象層<font face="Times New="New" Roman">(HalXxx)</font>。其層次如圖<font face="Times New="New" Roman">2-1</font>所示，其中<font face="Times New="New" Roman">NT Executive</font>包括幾個獨立的軟件組件，它們是系統(tǒng)服務接口<font face="Times New="New" Roman">(ZwXxx)</font>，對象<a title="管理類相關論文" href="http://www.lwlm.com/search.aspx?Where=title&cid=0&Keyword=%B9%DC%C0%ED%A1%A1&x=35&y=9"><font color="#000000">管理</font></a>器<font face="Times New="New" Roman">(ObXxx)</font>，配置管理器，進程管理器<font face="Times New="New" Roman">(PsXxx)</font>，安全監(jiān)視器<font face="Times New="New" Roman">(SeXxx)</font>，虛擬空間管理器<font face="Times New="New" Roman">(MemXxx)</font>，本地進程調用，<font face="Times New="New" Roman">I/O</font>管理器<font face="Times New="New" Roman">(IoXxx)</font>。內核模式的系統(tǒng)服務并不是全部公開的，而是提供了一系列開發(fā)設備驅動程序需要的函數(shù)<font face="Times New="New" Roman">(</font>上文括號內為函數(shù)形式，函數(shù)手冊參見<font face="Times New="New" Roman">[2]Kernel-Mode Drivers-Reference</font>章節(jié)<font face="Times New="New" Roman">)</font>，換言之，這些函數(shù)功能是所有內核模式的系統(tǒng)服務功能的子集。驅動程序由一系列相對獨立的函數(shù)組成，由<font face="Times New="New" Roman">I/O</font><a title="管理類相關論文" href="http://www.lwlm.com/search.aspx?Where=title&cid=0&Keyword=%B9%DC%C0%ED%A1%A1&x=35&y=9"><font color="#000000">管理</font></a>器根據(jù)需要調用這些函數(shù)，對于一個需要處理中斷的最簡單的驅動程序也需要由以下幾個函數(shù)構成： <font face="Times New="New" Roman">1.DriverEntry()</font>運行于<font face="Times New="New" Roman">PASSIVE_LEVEL </font>驅動程序入口點，當驅動程序被手動或自動裝入系統(tǒng)后，驅動程序從這點開始執(zhí)行，主要用于定位硬件資源，建立指向其它驅動程序函數(shù)的指針等其它初始化工作。 <font face="Times New="New" Roman">2.XxUnload()</font>運行于<font face="Times New="New" Roman">PASSIVE_LEVEL </font>用于驅動程序從系統(tǒng)卸出之前，釋放由驅動程序占用的所有系統(tǒng)資源。 <font face="Times New="New" Roman">3.XxIsr()</font>運行于<font face="Times New="New" Roman">DIRQL </font>中斷服務程序。 <font face="Times New="New" Roman">4.XxDpcForIsr()</font>運行于<font face="Times New="New" Roman">DISPATCH_LEVEL </font>中斷服務程序后處理程序，以排隊方執(zhí)行不太關鍵代碼的執(zhí)行，由于排隊機制及優(yōu)先級，不會造成代碼擁塞從而提高中斷服務程序的響應并且提高系統(tǒng)總體<font face="Times New="New" Roman">I/O</font>吞吐率。 <font face="Times New="New" Roman">5.XxOpen()</font>運行于<font face="Times New="New" Roman">PASSIVE_LEVEL </font>處理應用程序<font face="Times New="New" Roman">Win32</font>函數(shù)<font face="Times New="New" Roman">CreateFile()</font>請求。 <font face="Times New="New" Roman">6.XxClose()</font>運行于<font face="Times New="New" Roman">PASSIVE_LEVEL </font>處理應用程序<font face="Times New="New" Roman">Win32</font>函數(shù)<font face="Times New="New" Roman">CloseHandle()</font>請求。 <font face="Times New="New" Roman">7.XxDispatch()</font>運行于<font face="Times New="New" Roman">PASSIVE_LEVEL </font>處理應用程序<font face="Times New="New" Roman">Win32</font>函數(shù)<font face="Times New="New" Roman">DeviceIoControl()</font>請求，通過一系列自定義命令，驅動程序與應用程序交換特定的信息。 <font face="Times New="New" Roman">WindowsNT</font>使用一個抽象化的<font face="Times New="New" Roman">CPU</font>優(yōu)先級方案，<font face="Times New="New" Roman">IRQL</font>代表中斷請求級，任一時刻<font face="Times New="New" Roman">CPU</font>總處在某一級上，這個數(shù)越大，表示當前的任務重要性越大，如表<font face="Times New="New" Roman">2-1</font>所示，從上至下<font face="Times New="New" Roman">IRQL</font>越來越小。所有上述驅動程序的函數(shù)及內核模式函數(shù)都必須運行于各自的<font face="Times New="New" Roman">IRQL</font>級上，如果違反這一調用規(guī)定，會造成系統(tǒng)崩潰。例如，中斷服務程序<font face="Times New="New" Roman">(XxIsr)</font>運行于<font face="Times New="New" Roman">DIRQL</font>及上，那幺在編寫中斷服務程序時，只能調用允許在這一級運行的內核模式函數(shù)<font face="Times New="New" Roman">(</font>并不是所有內核模式函數(shù)都能運行于<font face="Times New="New" Roman">DIRQL</font>級<font face="Times New="New" Roman">)</font>。至于每個內核模式函數(shù)運行級別的說明，詳見<font face="Times New="New" Roman">[2]Kernel-Mode Drivers-Reference</font>章節(jié)。 <font face="Times New="New" Roman">WindowsNT</font>是一多任務系統(tǒng)，許多設備的驅動程序同時存在系統(tǒng)中，這樣各個設備所占用的資源<font face="Times New="New" Roman">(</font>中斷，<font face="Times New="New" Roman">I/O</font>及<font face="Times New="New" Roman">RAM</font>地址空間<font face="Times New="New" Roman">)</font>很有可能沖突，如果設備驅動程序在運行之前不進行<font face="Times New="New" Roman">‘</font>探測<font face="Times New="New" Roman">’</font>而使用自己硬件設備的資源，有可能和系統(tǒng)內其它設備占用的資源沖突，后果不堪設想。<font face="Times New="New" Roman">WindowsNT</font>通過注冊表<a title="管理類相關論文" href="http://www.lwlm.com/search.aspx?Where=title&cid=0&Keyword=%B9%DC%C0%ED%A1%A1&x=35&y=9"><font color="#000000">管理</font></a>硬件資源的占用信息，作為內核模式信任的組件，驅動程序使用硬件資源之前必須遵循<font face="Times New="New" Roman">‘</font>查詢<font face="Times New="New" Roman">-</font>申請<font face="Times New="New" Roman">-</font>使用<font face="Times New="New" Roman">-</font>釋放<font face="Times New="New" Roman">’</font>的原則<font face="Times New="New" Roman">(</font>如圖<font face="Times New="New" Roman">2-2</font>所示<font face="Times New="New" Roman">)</font>。表<font face="Times New="New" Roman">2-1</font> <table cellspacing="0" cellpadding="0" width="100%" border="1"> <tbody> <tr> <td width="50%"> 來源 </td> <td width="50%"> <font face="Times New="New" Roman">IRQL</font> </td></tr> <tr> <td width="50%" rowspan="7"> 硬件 </td> <td width="50%"> <font face="Times New="New" Roman">HIGHEST_LEVEL</font> </td></tr> <tr> <td width="50%"> <font face="Times New="New" Roman">POWER_LEVEL</font> </td></tr> <tr> <td width="50%"> <font face="Times New="New" Roman">IPI_LEVEL</font> </td></tr> <tr> <td width="50%"> <font face="Times New="New" Roman">CLOCK2_LEVEL</font> </td></tr> <tr> <td width="50%"> <font face="Times New="New" Roman">CLOCK1_LEVEL</font> </td></tr> <tr> <td width="50%"> <font face="Times New="New" Roman">PROFILE_LEVEL</font> </td></tr> <tr> <td width="50%"> <font face="Times New="New" Roman">DIRQLs(I/O</font>設備中斷平臺相關的級數(shù)<font face="Times New="New" Roman">)</font> </td></tr> <tr> <td width="50%" rowspan="3"> 軟件 </td> <td width="50%"> <font face="Times New="New" Roman">DISPATCH_LEVEL</font> </td></tr> <tr> <td width="50%"> <font face="Times New="New" Roman">APC_LEVEL</font> </td></tr> <tr> <td width="50%"> <font face="Times New="New" Roman">PASSIVE_LEVEL</font> </td></tr></tbody></table> <font face="Times New="New" Roman">WindowsNT</font>設備驅動程序的編寫步驟與實例<font face="Times New="New" Roman"> </font>現(xiàn)以一實際例子簡要說明設備驅動程序的開發(fā)步驟，本例以<font face="Times New="New" Roman">CINRAD</font>天氣雷達測試卡實際應用為原型，加以簡化、抽象。
說明：上面顯示的是代碼內容。您可以先檢查過代碼沒問題，或修改之后再運行.

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