Windows 2000環(huán)境下測(cè)控系統(tǒng)的WDM設(shè)備

摘要：介紹了Windows2000操作系統(tǒng)下的最新的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序模型（WDM）的基本原理，同時(shí)以CompuwareNumega公司的DriverWorks為開(kāi)發(fā)工具，開(kāi)發(fā)出了基于PCI局部總線的測(cè)控系統(tǒng)某專用接口卡的WDM設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。

關(guān)鍵詞：設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序模型；WDM；DriverWorks；PCI局部總線?

1WDM驅(qū)動(dòng)程序的基本原理

WDM驅(qū)動(dòng)模型是Microsoft公司推出的最新的Windows驅(qū)動(dòng)程序模型，他有許多新的特性，如分層結(jié)構(gòu)、即插即用、電源管理、WMI等，是未來(lái)驅(qū)動(dòng)程序發(fā)展的方向。如圖1所示，Windows2000中應(yīng)用程序不能直接訪問(wèn)底層硬件，而必須通過(guò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序進(jìn)行操作(讀、寫(xiě)、中斷等)。應(yīng)用程序?qū)υO(shè)備I/O進(jìn)行Win32API函數(shù)調(diào)用，這個(gè)調(diào)用由I/O系統(tǒng)服務(wù)接收，I/O管理器從這個(gè)請(qǐng)求構(gòu)造一個(gè)合適的I/O請(qǐng)求包（IRP），然后傳遞給設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序與硬件打交道，并完成IRP的處理，最后I/O管理器把數(shù)據(jù)和結(jié)果返回給Win32和用戶應(yīng)用程序。

2PCI9052計(jì)數(shù)卡驅(qū)動(dòng)程序的開(kāi)發(fā)

(1)計(jì)數(shù)卡用途及硬件電路設(shè)計(jì)

在測(cè)控系統(tǒng)領(lǐng)域，經(jīng)常需要對(duì)光柵、電機(jī)編碼器等傳感器傳輸過(guò)來(lái)的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，這樣才可以得到控制對(duì)象的準(zhǔn)確位置等數(shù)據(jù)，對(duì)脈沖計(jì)數(shù)的接口卡硬件電路原理圖如圖2所示。PCI總線經(jīng)過(guò)PCI9052（PCIBUSLOCALBUS轉(zhuǎn)換芯片）連接到局部總線，然后經(jīng)過(guò)譯碼將I/O端口地址分配給計(jì)數(shù)專用芯片，PCI9052的LOCALBUS一側(cè)的中斷線連接至硬件中斷觸發(fā)端。這樣，當(dāng)中斷觸發(fā)時(shí)，計(jì)數(shù)專用芯片鎖存外部傳感器的計(jì)數(shù)脈沖的當(dāng)前值，進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣。

(2)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)

①DriverWorks簡(jiǎn)介

開(kāi)發(fā)驅(qū)動(dòng)程序一般都使用DDK（微軟提供的驅(qū)動(dòng)程序開(kāi)發(fā)軟件包），但是這種方法開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)，難度大。DriverWorks是開(kāi)發(fā)驅(qū)動(dòng)程序的非常好的工具，他定義了許多類，這些類封裝了DDK提供的函數(shù)，完全兼容DDK的全部函數(shù)。他自動(dòng)生成一個(gè)驅(qū)動(dòng)程序框架，驅(qū)動(dòng)程序開(kāi)發(fā)者只是在需要的地方添加一些代碼，這樣能很快地開(kāi)發(fā)出NT或WDM設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，而且DriverWorks函數(shù)庫(kù)的使用，可以大大減少驅(qū)動(dòng)程序的代碼長(zhǎng)度。因此，實(shí)驗(yàn)中采用了DriverWorks來(lái)開(kāi)發(fā)驅(qū)動(dòng)程序。

②PCI計(jì)數(shù)卡驅(qū)動(dòng)程序的組成

驅(qū)動(dòng)程序組成模塊如圖3所示。

③用戶應(yīng)用程序和驅(qū)動(dòng)程序的通訊

較為通用的方法是應(yīng)用程序使用Win32API函數(shù)DeviceIoControl，ReadFile或者WriteFile與驅(qū)動(dòng)程序進(jìn)行通訊。

例如用戶應(yīng)用程序使用標(biāo)準(zhǔn)Win32API函數(shù)DeviceIoControl來(lái)執(zhí)行某項(xiàng)操作,在驅(qū)動(dòng)程序一方，這個(gè)DeviceIoControl調(diào)用被轉(zhuǎn)化成一個(gè)帶有特殊的IRP?-MJ?-DEVICE?-CONTROL功能碼的IRP。通常，此IRP處理有如下的模型如圖4所示。

④PCI計(jì)數(shù)卡設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序中的主要代碼

在驅(qū)動(dòng)程序中，首先要定義Pciwdmdevice類，他是KPnpDevice的公有派生類，代表PCI計(jì)數(shù)卡的設(shè)備對(duì)象，然后才可以調(diào)用相應(yīng)的函數(shù)訪問(wèn)硬件。在PciwdmDevice?h頭文件中定義如下：

驅(qū)動(dòng)程序要想訪問(wèn)硬件,就必須獲取相關(guān)的硬件資源。WDM驅(qū)動(dòng)程序通過(guò)資源描述符列表獲取硬件資源,在用DriverWorks開(kāi)發(fā)時(shí),這一步變得非常簡(jiǎn)單，他自動(dòng)地在源文件PciwdmDevice?cpp的即插即用的啟動(dòng)例程中添加如下的代碼：

測(cè)控系統(tǒng)經(jīng)常要求實(shí)時(shí)性，如實(shí)時(shí)性數(shù)據(jù)采集。用DriverWorks開(kāi)發(fā)驅(qū)動(dòng)程序可以通過(guò)硬件中斷來(lái)處理，中斷服務(wù)例程（ISR）運(yùn)行在DIRQL中斷優(yōu)先級(jí)，比一般的服務(wù)例程的優(yōu)先級(jí)高很多，在此級(jí)別上不能進(jìn)行大多數(shù)的內(nèi)核調(diào)用，因此ISR僅執(zhí)行一些緊急的任務(wù)，然后調(diào)用一個(gè)在DISPATCH?-LEVEL（比DIRQL優(yōu)先級(jí)低）級(jí)別上運(yùn)行的延遲過(guò)程調(diào)用例程（DPC），最后完成IRP，也就完成了實(shí)時(shí)性數(shù)據(jù)采集的要求。

應(yīng)用程序用CreatFile()函數(shù)打開(kāi)到WDM設(shè)備句柄，在使用緩沖I/O方式時(shí)，操作系統(tǒng)自動(dòng)地將用戶緩沖區(qū)復(fù)制到非分頁(yè)內(nèi)存或者從非分頁(yè)內(nèi)存復(fù)制出來(lái)，在IRP首部存儲(chǔ)合適的指針，在驅(qū)動(dòng)程序中只需簡(jiǎn)單地讀或者寫(xiě)這個(gè)內(nèi)存就可以了。在應(yīng)用程序的最后調(diào)用CloseHandle()函數(shù)關(guān)閉WDM設(shè)備。

至此，對(duì)硬件的讀、寫(xiě)和中斷的工作都已經(jīng)完成，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的目標(biāo)。如果是開(kāi)發(fā)ISA總線的接口卡，則還需要修改INF安裝文件，指定硬件資源，如I/O端口地址和中斷號(hào)。而開(kāi)發(fā)PCI總線的接口卡時(shí)，系統(tǒng)讀取PCI的配置空間的信息，自動(dòng)分配硬件資源,不需要進(jìn)行手工設(shè)置。

3結(jié)語(yǔ)

上述實(shí)例在實(shí)驗(yàn)中得到了成功運(yùn)用，實(shí)踐證明是可行的。WDM模式的驅(qū)動(dòng)程序雖然目前應(yīng)用得還不是很多，但是相信在幾年之后必將成為驅(qū)動(dòng)程序的主流模式。WDM驅(qū)動(dòng)程序模型是非常復(fù)雜的，在此只是起到拋磚引玉的作用，對(duì)這一模型進(jìn)行了簡(jiǎn)單的概括性的描述，在應(yīng)用上還有很多需要深入和擴(kuò)展的地方。?