ISA數(shù)據(jù)采集卡的WDM驅(qū)動(dòng)程序?qū)崿F(xiàn)

1、    ISA數(shù)據(jù)采集卡的WDM驅(qū)動(dòng)程序?qū)崿F(xiàn)        張 龍 時(shí)間:2008年11月18日     字 體: 大 中 小        關(guān)鍵詞:        摘? 要： ISA設(shè)備在WINDOWS新的驅(qū)動(dòng)程序模型WDM(WINDOWS DRIVER MODEL)中沒(méi)有獲得

2、很好的支持,使用WDM實(shí)現(xiàn)需要一些特殊處理。主要討論老式ISA設(shè)備的WDM驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。關(guān)鍵詞： Windows驅(qū)動(dòng)程序模型(WDM)? 工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)(ISA)? 數(shù)據(jù)采集?WDM作為微軟為WINDOWS 2000及以后版本準(zhǔn)備的新驅(qū)動(dòng)模型,它可以在WINDOWS 98及以后的操作系統(tǒng)上共享。這種具有跨平臺(tái)性的設(shè)備驅(qū)動(dòng)模型可以大大簡(jiǎn)化驅(qū)動(dòng)程序的開發(fā)工作。WDM支持PNP(即插即用),為用戶的PNP設(shè)備驅(qū)動(dòng)完成了大量的底層工作。這也使得WDM對(duì)各種老設(shè)備,特別是那些不具有即插即用特性硬件的支持明顯不足。在科研和工控中,最常用的數(shù)據(jù)采集卡通常都是基于PC總線的不能為PNP提供硬件支持的IS

3、A設(shè)備。為這類硬件編寫非WDM驅(qū)動(dòng)程序只能局部支持PNP特性,而且需要做大量額外的工作如：必須檢測(cè)硬件,為硬件創(chuàng)建設(shè)備對(duì)象(用于代表硬件),配置并初始化硬件使其正常工作,這些工作非常復(fù)雜。利用WDM可以避免這些麻煩。1 WDM的結(jié)構(gòu)WDM實(shí)際上是一個(gè)編寫驅(qū)動(dòng)程序的規(guī)范。其驅(qū)動(dòng)程序結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和WINDOWS程序設(shè)計(jì)的消息驅(qū)動(dòng)機(jī)制很相像,采用IRP驅(qū)動(dòng)機(jī)制。WINDOWS 98和WINDOWS 2000處理IRP的方式一樣,本質(zhì)卻完全不同。WDM驅(qū)動(dòng)程序面對(duì)的主要內(nèi)容是一系列內(nèi)核驅(qū)動(dòng)對(duì)象。這些對(duì)象包括驅(qū)動(dòng)對(duì)象、設(shè)備對(duì)象,還有一系列的資源抽象對(duì)象如中斷對(duì)象、適配器對(duì)象(處理DMA操作)、內(nèi)核模式派發(fā)

4、器對(duì)象、控制器對(duì)象、推遲過(guò)程對(duì)象、定時(shí)器對(duì)象、設(shè)備隊(duì)列對(duì)象、回調(diào)對(duì)象等。其中驅(qū)動(dòng)對(duì)象由I/O管理器負(fù)責(zé)創(chuàng)建和管理。設(shè)備對(duì)象代表用戶需要操作的物理或者是邏輯設(shè)備。設(shè)備對(duì)象負(fù)責(zé)管理自己設(shè)備所需要的各種資源對(duì)象。這些資源對(duì)象有的代表真正的物理設(shè)備如中斷對(duì)象、適配器對(duì)象、定時(shí)器對(duì)象;有的對(duì)象則是邏輯對(duì)象,它們是操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自己的特性所必需的,如推遲過(guò)程調(diào)用就是與操作系統(tǒng)的搶占式多任務(wù)的實(shí)現(xiàn)有關(guān)。WDM驅(qū)動(dòng)程序利用IRP和這些對(duì)象完成硬件設(shè)備的抽象化,并對(duì)應(yīng)用程序提供統(tǒng)一操作接口。這就是所謂的WDM規(guī)范。·DriverUnload 指向驅(qū)動(dòng)程序的清除例程。I/O管理器會(huì)在卸載驅(qū)動(dòng)程序前調(diào)用該例

5、程。通常WDM驅(qū)動(dòng)程序的DriverEntry例程一般不分配任何資源,所以DriverUnload例程也沒(méi)有什么清除工作要做。 ·DriverExtension->AddDevice 指向驅(qū)動(dòng)程序的AddDevice函數(shù)。AddDevice函數(shù)是WDM驅(qū)動(dòng)程序的一個(gè)特殊函數(shù),PNP管理器為每個(gè)設(shè)備實(shí)例調(diào)用該函數(shù)。它創(chuàng)建一個(gè)設(shè)備對(duì)象并把它連接到該驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)備堆棧中。在這個(gè)函數(shù)里,設(shè)備對(duì)象被創(chuàng)建,設(shè)備需要的中斷、DMA等資源被掛接到這個(gè)設(shè)備對(duì)象上,相應(yīng)地處理函數(shù),如中斷服務(wù)例程等也被指定。·DriverStartIo,如果驅(qū)動(dòng)程序使用標(biāo)準(zhǔn)的串行IRP,則必須使用這個(gè)函數(shù)

6、,使它指向驅(qū)動(dòng)程序的StartIo例程。·MajorFunction是一個(gè)指針數(shù)組,它主要處理各種用戶的I/O請(qǐng)求IRP。默認(rèn)情況下,用戶的所有I/O請(qǐng)求都會(huì)由I/O管理器返回失敗。驅(qū)動(dòng)程序?yàn)橐幚淼腎RP指定相應(yīng)的派遣函數(shù)。此外,還有一些重要的例程如用于處理中斷操作的中斷服務(wù)例程,為了提高系統(tǒng)中斷處理效率的中斷服務(wù)推遲調(diào)用例程等。驅(qū)動(dòng)程序的其余部分就是前面所指定的那些例程的實(shí)現(xiàn)。2 為ISA設(shè)備分配資源雖然WDM驅(qū)動(dòng)程序可以簡(jiǎn)化很多工作,但是給ISA設(shè)備編寫WDM驅(qū)動(dòng)程序也有困難。這個(gè)困難是ISA設(shè)備所需資源的分配問(wèn)題。根據(jù)PNP的規(guī)范,支持PNP的設(shè)備如PCI總線設(shè)備有相應(yīng)的寄存

7、器標(biāo)識(shí)自己和自己可以接受的資源,如中斷、端口范圍、內(nèi)存范圍等,并且有相應(yīng)的邏輯支持配置資源。這使得操作系統(tǒng)啟動(dòng)過(guò)程中可以動(dòng)態(tài)地規(guī)劃和調(diào)整各個(gè)設(shè)備的資源而不需要用戶的干預(yù)。為了使ISA設(shè)備具有這種PNP的特性,可以通過(guò)PNP管理器和INF文件完成ISA設(shè)備的自動(dòng)資源分配。PNP管理器(PNP MANAGER)依賴INF文件完成PNP管理。INF文件為設(shè)備、設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序、操作系統(tǒng)的安裝過(guò)程提供信息(包括PNP MANAGER)。為了兼容非PNP設(shè)備,INF文件支持幾個(gè)命令為設(shè)備分配資源。這些信息被提供給PNP管理器,并且被PNP管理器用來(lái)與系統(tǒng)其它部分協(xié)商以完成非PNP設(shè)備的自動(dòng)資源分配。LOGC

8、ONFIG為設(shè)備制定一個(gè)可選的資源設(shè)定。還有相關(guān)的IRQCONFIG、IOCONFIG、DMACONFIG、MEMCONFIG子命令,它們?yōu)樵O(shè)備指定具體的可選資源。語(yǔ)法如下：?ConfigPriority=DMAConfig=IOConfig=IRQConfig=MemConfig=其中CONFIGPRIOITY命令指定這個(gè)LOGCONFIG項(xiàng)的優(yōu)先級(jí)。其余子命令表示設(shè)備選用的硬件資源。下面是一個(gè)例子：?CX2590.Install;其它命令LogConfig=CX2590_DMA;指定配置項(xiàng)的名稱CX2590_DMA? ? ? ;配置項(xiàng)的名稱ConfigPriority=NORMAL ?;配

9、置的優(yōu)先級(jí)IOConfig=4300-3ff%3ff(3ff：);指定IO范圍IRQConfig=4，5，9，10，11? ;指定可選的中斷DMAConfig=0，1，2，3? ;指定可選的DMA在INF文件中加入LOGCONFIG命令可以解決ISA總線設(shè)備資源的自動(dòng)分配問(wèn)題,就可以為ISA總線設(shè)備編寫WDM驅(qū)動(dòng)程序。3 一個(gè)ISA設(shè)備WDM驅(qū)動(dòng)程序的實(shí)現(xiàn)使用Numega公司的開發(fā)工具DriverStudio 2.01可以大大地簡(jiǎn)化驅(qū)動(dòng)程序的開發(fā)過(guò)程。DriverStudio開發(fā)通用內(nèi)核模式的開發(fā)包是DriverWorks,DriverWorks是一個(gè)面向?qū)ο蟮墓ぞ甙?。它封裝了比較底層的繁復(fù)操

10、作,提供給開發(fā)者一個(gè)簡(jiǎn)潔的界面。同時(shí),DriverWorks和Visual C+有很好的接口：DriverWorks專門為Visual C+提供了一個(gè)專門開發(fā)WDM驅(qū)動(dòng)程序的WIZARD。在WIZARD指導(dǎo)下,開發(fā)者可以很容易地生成一個(gè)驅(qū)動(dòng)程序的框架。開發(fā)者要作的工作就是根據(jù)特定硬件編寫相應(yīng)的代碼。WIZARD生成的框架不僅包括設(shè)定設(shè)備的資源如中斷、IO端口范圍、內(nèi)存范圍;還包括自動(dòng)生成驅(qū)動(dòng)程序與應(yīng)用程序的接口命令及處理這些命令的處理函數(shù),生成標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)程序的標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)程序例程;包括DriverEntry驅(qū)動(dòng)程序入口例程、UnLoad卸載例程、Dispach標(biāo)準(zhǔn)派發(fā)器例程、StartIO標(biāo)準(zhǔn)I/O

11、傳輸例程、中斷處理例程等。對(duì)于WDM驅(qū)動(dòng)程序,包括生成驅(qū)動(dòng)程序接口(WDM專有),設(shè)備的符號(hào)連接,I/O傳輸方式以及WDM電源管理和處理PNP請(qǐng)求的IRP處理子程序。WIZARD完成后的代碼主要包括兩類,一類是驅(qū)動(dòng)對(duì)象,它構(gòu)成了一個(gè)驅(qū)動(dòng)程序的框架;另一類是驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)備對(duì)象。驅(qū)動(dòng)程序?qū)ο筘?fù)責(zé)創(chuàng)建并管理驅(qū)動(dòng)程序設(shè)備對(duì)象。設(shè)備對(duì)象負(fù)責(zé)管理硬件的各種資源如I/O、IRQ、DMA。它還負(fù)責(zé)處理各種IRP的例程。設(shè)備對(duì)象是系統(tǒng)所有I/O操作的基石,一個(gè)驅(qū)動(dòng)程序必須有一個(gè)或一個(gè)以上的設(shè)備對(duì)象才真正有意義。驅(qū)動(dòng)對(duì)象和設(shè)備對(duì)象的關(guān)系很象WINDOWS系統(tǒng)中進(jìn)程和線程的關(guān)系：進(jìn)程是可執(zhí)行代碼(就是線程)的框架。

12、如果說(shuō)驅(qū)動(dòng)對(duì)象是WINDOWS中的進(jìn)程,那么設(shè)備對(duì)象就像進(jìn)程中的線程,它們完成實(shí)際的I/O操作。設(shè)備對(duì)象使用保護(hù)成員變量來(lái)管理設(shè)備的資源,使用成員函數(shù)來(lái)處理各種IRP請(qǐng)求,并由這些函數(shù)完成實(shí)際的I/O操作。/ 驅(qū)動(dòng)對(duì)象class AC_1810 ： public KDriverSAFE_DESTRUCTORSpublic：virtual NTSTATUS DriverEntry(PUNICODE_STRINGRegistryPath)；/ 驅(qū)動(dòng)程序的入口函數(shù)virtual NTSTATUS AddDevice(PDEVICE_OBJECT Pdo)；/ 完成設(shè)備對(duì)象和驅(qū)動(dòng)對(duì)象的連接；/ 設(shè)備對(duì)

13、象class AC_1810Device ： public KPnpDevice/ Constructorspublic：AC_1810Device(PDEVICE_OBJECT Pdo， ULONG Unit)； / 構(gòu)造函數(shù)完成資源配置public：BOOLEAN Isr_Irq(void)；? / IRQ中斷服務(wù)例程virtual NTSTATUS Create(KIrp I)；? / 標(biāo)準(zhǔn)IRP處理函數(shù)virtual NTSTATUS Close(KIrp I)；? / COMMENT_ONLYvirtual NTSTATUS Read(KIrp I)；? / COMMENT_ONLY

14、virtual VOID StartIo(KIrp I)；? / 開始I/O傳輸VOID CancelQueuedIrp(KIrp I)；? / 判斷傳輸IRP是否被取消VOID Invalidate(void)；? / 釋放資源例程virtual NTSTATUS DefaultPnp(KIrp I)； ? / 處理默認(rèn)的PNP操作virtual NTSTATUS DefaultPower(KIrp I)； ? / 管理電源void SerialRead(KIrp I)； ? / 完成實(shí)際的I/O操作NTSTATUS IOCTL_SETUP_Handler(KIrp I)； /采樣參數(shù)設(shè)定N

15、TSTATUS IOCTL_REW_Handler(KIrp I)；? / 開始/停止采樣protected：KIoRange? m_IoPortRange0；? / 管理I/O資源KInterrupt? m_Irq；? / 管理中斷資源；在實(shí)際操作過(guò)程中,采用中斷讀數(shù)的方法。在驅(qū)動(dòng)程序中設(shè)置了兩個(gè)緩沖區(qū),一個(gè)前臺(tái)緩沖區(qū),一個(gè)后臺(tái)緩沖區(qū)(用作后備緩沖區(qū)),系統(tǒng)總是先使用前臺(tái)緩沖區(qū)。當(dāng)前臺(tái)緩沖區(qū)已滿而仍然未被讀出,系統(tǒng)觸發(fā)中斷時(shí),此時(shí)使用后臺(tái)緩沖區(qū)。讀數(shù)的方法很簡(jiǎn)單,系統(tǒng)先讀前臺(tái)緩沖區(qū)的數(shù)據(jù),只有當(dāng)前臺(tái)緩沖區(qū)未滿而后臺(tái)緩沖區(qū)滿的時(shí)候才讀后臺(tái)緩沖區(qū)。這樣可以保證采樣數(shù)據(jù)序列的時(shí)間順序。具體實(shí)現(xiàn)如下

16、：/ ISR例程,完成數(shù)據(jù)從FIFO中讀出BOOLEAN AC_1810Device：Isr_Irq(void)/ 是否觸發(fā)中斷?未觸發(fā)則返回,判斷兩個(gè)緩沖區(qū)情況,都滿則返回/ 前臺(tái)緩沖區(qū)未滿,使用前臺(tái)緩沖區(qū)if(m_pBuffer->numused < MAX_READ_BUF )? ? for( int i = 0；i < BLOCK_SIZE； i+)? m_pBuffer->buffm_pBuffer->numused+i? =READ_FIFO；? m_pBuffer->numused += BLOCK_SIZE；else / 完成其它情況的判斷r

17、eturn TRUE； / 中斷成功返回當(dāng)應(yīng)用程序使用標(biāo)準(zhǔn)Win32 API對(duì)設(shè)備進(jìn)行讀操作的時(shí)候,I/O管理器通知驅(qū)動(dòng)程序并觸發(fā)對(duì)Read函數(shù)的調(diào)用。對(duì)于通常的串行設(shè)備,在Read函數(shù)的最后排隊(duì)IRP請(qǐng)求,此時(shí)系統(tǒng)就可以觸發(fā)StartIO例程,并且保證這個(gè)過(guò)程是串行處理的。/ 讀例程,處理IRP_MJ_READNTSTATUS AC_1810Device：Read(KIrp I) / 檢查輸入的合法性? if ( I.ReadSize()< BLOCK_SIZE ) ? / 不合法返回錯(cuò)誤代碼? I.Information() = 0；? return I.PnpComplete(th

18、is， ? STATUS_INVALID_PARAMETER)；/ 讀0字節(jié),永遠(yuǎn)成功if (I.ReadSize() = 0)? I.Information() = 0；? return ? I.PnpComplete(this， STATUS_SUCCESS)；? / 排隊(duì)這個(gè)IRP觸發(fā)StartIO,完成數(shù)據(jù)傳輸return QueueIrp(I， LinkTo(CancelQueuedIrp)；/ StartIo例程,完成I/O操作VOID AC_1810Device：StartIo(KIrp I)/ 檢測(cè)這個(gè)IRP是否被取消? if (!I.TestAndSetCancelRoutine(LinkTo(CancelQueuedIrp)，NULL，CurrentIrp() )? ? return； / 取消則返回? ? switch (I.MajorFunction()? case IRP_MJ_READ：? /這個(gè)函數(shù)按邏輯完成讀操作? SerialRead(I)； ? break；? ? / 開始處理下一個(gè)IRP? PnpNextIrp(I)； ? break；ISA卡的WDM驅(qū)動(dòng)程序的主體部分就完成了。