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Windows2000設(shè)備驅(qū)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(guān)系，我經(jīng)常涉及<font face="Times New="New" Roman">PC</font>機(jī)與外圍設(shè)備接口的工作，從<font face="Times New="New" Roman">PC</font>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<font face="Times New="New" Roman">I/O</font>端口或內(nèi)存地址與外設(shè)互相傳遞數(shù)據(jù)。從<font face="Times New="New" Roman"></font>計(jì)算<font face="Times New="New" Roman"></font>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<font face="Times New="New" Roman"></font>國內(nèi)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(wù)操作系統(tǒng)，由于<font face="Times New="New" Roman">PC</font>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<font face="Times New="New" Roman"></font>應(yīng)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(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<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(nèi)部實(shí)現(xiàn)的諸多方面有許多區(qū)別，有些區(qū)別是本質(zhì)上的。<font face="Times New="New" Roman">Win95/98</font>設(shè)計(jì)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，<font face="Times New="New" Roman">Win95/98</font>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<font face="Times New="New" Roman">WindowsNT</font>在這方面及其它諸多方面設(shè)計(jì)的相當(dāng)嚴(yán)謹(jǐn)。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(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(shí)踐中應(yīng)該選擇<font face="Times New="New" Roman">WindowsNT</font>作為<a title="計(jì)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"><font color="#000000">計(jì)算機(jī)</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(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<font face="Times New="New" Roman">DOS</font>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<font face="Times New="New" Roman">EXE</font>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?yàn)榱耸褂貌煌瑥S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(shí)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。<font face="Times New="New" Roman">Windows</font>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<font face="Times New="New" Roman">,</font>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(jì)中，并不用關(guān)心對外設(shè)操作的具體硬件實(shí)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(shí)際硬件，完成用戶功能。具體實(shí)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(yán)格按照上述思路設(shè)計(jì)的；而<font face="Times New="New" Roman">Win95/98</font>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(shí)際物理<font face="Times New="New" Roman">I/O</font>，這樣做，增加程序設(shè)計(jì)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(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%"> <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(shè)備驅(qū)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(shè)備驅(qū)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(shè)備驅(qū)動程序的組成原理 <font face="Times New="New" Roman">WindowsNT</font>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"><u><strong>編程</strong></u></a>為應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)，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<font face="Times New="New" Roman">NT Executive(ExXxx),</font>內(nèi)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(dú)立的軟件組件，它們是系統(tǒng)服務(wù)接口<font face="Times New="New" Roman">(ZwXxx)</font>，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"><font color="#000000">管理</font></a>器<font face="Times New="New" Roman">(ObXxx)</font>，配置管理器，進(jìn)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(jìn)程調(diào)用，<font face="Times New="New" Roman">I/O</font>管理器<font face="Times New="New" Roman">(IoXxx)</font>。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)<font face="Times New="New" Roman">(</font>上文括號內(nèi)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(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<font face="Times New="New" Roman">I/O</font><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"><font color="#000000">管理</font></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： <font face="Times New="New" Roman">1.DriverEntry()</font>運(yùn)行于<font face="Times New="New" Roman">PASSIVE_LEVEL </font>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。 <font face="Times New="New" Roman">2.XxUnload()</font>運(yùn)行于<font face="Times New="New" Roman">PASSIVE_LEVEL </font>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。 <font face="Times New="New" Roman">3.XxIsr()</font>運(yùn)行于<font face="Times New="New" Roman">DIRQL </font>中斷服務(wù)程序。 <font face="Times New="New" Roman">4.XxDpcForIsr()</font>運(yùn)行于<font face="Times New="New" Roman">DISPATCH_LEVEL </font>中斷服務(wù)程序后處理程序，以排隊(duì)方執(zhí)行不太關(guān)鍵代碼的執(zhí)行，由于排隊(duì)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<font face="Times New="New" Roman">I/O</font>吞吐率。 <font face="Times New="New" Roman">5.XxOpen()</font>運(yùn)行于<font face="Times New="New" Roman">PASSIVE_LEVEL </font>處理應(yīng)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(yùn)行于<font face="Times New="New" Roman">PASSIVE_LEVEL </font>處理應(yīng)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(yùn)行于<font face="Times New="New" Roman">PASSIVE_LEVEL </font>處理應(yīng)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(qū)動程序與應(yīng)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(dāng)前的任務(wù)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(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<font face="Times New="New" Roman">IRQL</font>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<font face="Times New="New" Roman">(XxIsr)</font>運(yùn)行于<font face="Times New="New" Roman">DIRQL</font>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)<font face="Times New="New" Roman">(</font>并不是所有內(nèi)核模式函數(shù)都能運(yùn)行于<font face="Times New="New" Roman">DIRQL</font>級<font face="Times New="New" Roman">)</font>。至于每個內(nèi)核模式函數(shù)運(yùn)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(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<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(shè)備驅(qū)動程序在運(yùn)行之前不進(jìn)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(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。<font face="Times New="New" Roman">WindowsNT</font>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"><font color="#000000">管理</font></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<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(shè)備中斷平臺相關(guān)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(shè)備驅(qū)動程序的編寫步驟與實(shí)例<font face="Times New="New" Roman"> </font>現(xiàn)以一實(shí)際例子簡要說明設(shè)備驅(qū)動程序的開發(fā)步驟，本例以<font face="Times New="New" Roman">CINRAD</font>天氣雷達(dá)測試卡實(shí)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.

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