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--  Windows驅動開發(fā)  (http://www.martymets.com/bbs/list.asp?boardid=75)
----  Windows2000設備驅動程序的研制開發(fā)  (http://www.martymets.com/bbs/dispbbs.asp?boardid=75&id=2737)

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

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由于工作關系，我經(jīng)常涉及PC機與外圍設備接口的工作，從PC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I/O端口或內存地址與外設互相傳遞數(shù)據(jù)。從計算機原理的角度看，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？目前國內流行的PC操作系統(tǒng)有三種：DOS，Win95/98系列，WindowsNT。DOS是單用戶、單任務操作系統(tǒng)，由于PC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)在只應用于一些老式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。Win95/98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，Win95/98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WindowsNT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Microsoft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WindowsNT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">計算機</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DOS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EXE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。Windows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,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，Win95/98系列與WindowsNT又有所區(qū)別，WindowsNT是嚴格按照上述思路設計的；而Win95/98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I/O，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%"> 應用程序訪問接口方式 </td> <td width="34%"> 訪問權限 </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%"> 通過設備驅動程序*.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%"> 通過設備驅動程序*.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設備驅動程序的組成原理 WindowsNT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">編程</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NT Executive(ExXxx),內核(KeXxx),硬件抽象層(HalXxx)。其層次如圖2-1所示，其中NT Executive包括幾個獨立的軟件組件，它們是系統(tǒng)服務接口(ZwXxx)，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">管理</a>器(ObXxx)，配置管理器，進程管理器(PsXxx)，安全監(jiān)視器(SeXxx)，虛擬空間管理器(MemXxx)，本地進程調用，I/O管理器(IoXxx)。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)(上文括號內為函數(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I/O<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">管理</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： 1.DriverEntry()運行于PASSIVE_LEVEL 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。 2.XxUnload()運行于PASSIVE_LEVEL 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。 3.XxIsr()運行于DIRQL 中斷服務程序。 4.XxDpcForIsr()運行于DISPATCH_LEVEL 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I/O吞吐率。 5.XxOpen()運行于PASSIVE_LEVEL 處理應用程序Win32函數(shù)CreateFile()請求。 6.XxClose()運行于PASSIVE_LEVEL 處理應用程序Win32函數(shù)CloseHandle()請求。 7.XxDispatch()運行于PASSIVE_LEVEL 處理應用程序Win32函數(shù)DeviceIoControl()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。 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，表示當前的任務重要性越大，如表2-1所示，從上至下IRQL越來越小。所有上述驅動程序的函數(shù)及內核模式函數(shù)都必須運行于各自的IRQL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(XxIsr)運行于DIRQL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)(并不是所有內核模式函數(shù)都能運行于DIRQL級)。至于每個內核模式函數(shù)運行級別的說明，詳見[2]Kernel-Mode Drivers-Reference章節(jié)。 WindowsNT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(中斷，I/O及RAM地址空間)很有可能沖突，如果設備驅動程序在運行之前不進行‘探測’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。WindowsNT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">管理</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‘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設備中斷平臺相關的級數(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設備驅動程序的編寫步驟與實例 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CINRAD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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