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13.4??PCI卡的驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)

13.4.1??WDM驅(qū)動(dòng)程序模型

設(shè)計(jì)完成的信號(hào)采集設(shè)備在插入計(jì)算機(jī)后，在對(duì)其進(jìn)行控制之前，需要編寫基于操作系統(tǒng)平臺(tái)上的驅(qū)動(dòng)程序。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序是一個(gè)包含了許多操作系統(tǒng)可調(diào)用例程的容器，這些例程可以使硬件設(shè)備執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作，它是硬件與上層軟件之間溝通的橋梁。

在本案例中，我們針對(duì)最常使用的操作系統(tǒng)Windows?98/2000/XP系統(tǒng)，使用了WDM（Windows?Driver?Model）驅(qū)動(dòng)程序模型進(jìn)行程序開(kāi)發(fā)。

WDM模型是從WinNT?3.51和WinNT?4的內(nèi)核模式設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序發(fā)展而來(lái)的。WDM主要的變化是增加了對(duì)即插即用、電源管理、Windows?Management?Interface(WMI)、設(shè)備接口的支持。WDM模型的主要目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)能夠跨平臺(tái)使用、更安全、更靈活、編制更簡(jiǎn)單的Windows設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。

WDM采用了“基于對(duì)象”的技術(shù)，建立了一個(gè)分層的驅(qū)動(dòng)程序結(jié)構(gòu)。通過(guò)WDM模型的引入，可以減輕設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的開(kāi)發(fā)難度和周期，逐漸規(guī)范設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的開(kāi)發(fā)，應(yīng)該說(shuō)，WDM是當(dāng)前基于Windows平臺(tái)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的主流。

WDM模型主要采用分層的方法，模仿面向?qū)ο蟮募夹g(shù)，先進(jìn)行邏輯上的“分層”，然后將標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)現(xiàn)和低層細(xì)節(jié)“封裝”起來(lái)，形成“基類”，客戶程序通過(guò)“繼承”的方式來(lái)擴(kuò)展“基類”的功能，完成所需要的實(shí)現(xiàn)。

13.4.2??設(shè)備和驅(qū)動(dòng)程序的層次結(jié)構(gòu)

在WDM模型中，每個(gè)硬件設(shè)備至少有兩個(gè)驅(qū)動(dòng)程序：一個(gè)功能驅(qū)動(dòng)程序（function?driver）和一個(gè)總線驅(qū)動(dòng)程序（bus?driver）。

如圖13.14所示為WDM中設(shè)備對(duì)象和驅(qū)動(dòng)程序的層次結(jié)構(gòu)。

圖13.14??WDM中設(shè)備對(duì)象和驅(qū)動(dòng)程序的層次結(jié)構(gòu)

1．過(guò)濾驅(qū)動(dòng)程序

過(guò)濾驅(qū)動(dòng)程序是一個(gè)可選項(xiàng)，當(dāng)一個(gè)用戶需要改變或新添一些功能到一個(gè)設(shè)備、一類設(shè)備或一種總線時(shí)，就可以編寫一個(gè)過(guò)濾驅(qū)動(dòng)程序。在設(shè)備棧里，過(guò)濾驅(qū)動(dòng)程序安裝在一個(gè)或幾個(gè)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的上面或下面。

過(guò)濾驅(qū)動(dòng)程序攔截對(duì)具體設(shè)備、類設(shè)備、總線的請(qǐng)求，做相應(yīng)的處理，以改變?cè)O(shè)備的行為或添加新的功能。但過(guò)濾驅(qū)動(dòng)程序只處理那些它所關(guān)心的I/O請(qǐng)求，對(duì)于其他的請(qǐng)求可以交給其他的驅(qū)動(dòng)程序來(lái)處理，這樣可以非常靈活地改變?cè)O(shè)備的行為。

2．功能驅(qū)動(dòng)程序

功能驅(qū)動(dòng)程序是物理設(shè)備的主要驅(qū)動(dòng)程序，它實(shí)現(xiàn)設(shè)備的具體功能，一般由設(shè)備的生產(chǎn)商來(lái)編寫。功能驅(qū)動(dòng)程序的主要功能是：提供對(duì)設(shè)備的操作接口、操作對(duì)設(shè)備的讀寫、管理設(shè)備的電源策略等。

功能驅(qū)動(dòng)程序由類驅(qū)動(dòng)程序和微型驅(qū)動(dòng)程序組成。類驅(qū)動(dòng)程序?qū)崿F(xiàn)了某一類設(shè)備的常用操作，驅(qū)動(dòng)程序的開(kāi)發(fā)者可以只編寫非常小的微型驅(qū)動(dòng)程序，去處理具體設(shè)備特殊的操作，而對(duì)于其他大量的常規(guī)操作，可以調(diào)用該類的類驅(qū)動(dòng)程序，這也是WDM驅(qū)動(dòng)程序的優(yōu)點(diǎn)之一。

微軟公司提供的類驅(qū)動(dòng)程序處理常用的系統(tǒng)任務(wù)，比如，即插即用功能和電源管理。類驅(qū)動(dòng)程序保證了操作系統(tǒng)在處理類似的任務(wù)時(shí)的一致性，從而提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。?

設(shè)備生產(chǎn)商提供微型驅(qū)動(dòng)程序，以實(shí)現(xiàn)自己設(shè)備的特殊功能，同時(shí)調(diào)用合適的類驅(qū)動(dòng)程序完成其他的通用工作。將大量的標(biāo)準(zhǔn)操作的代碼通過(guò)各種類驅(qū)動(dòng)程序來(lái)實(shí)現(xiàn)，并集成在操作系統(tǒng)中，這樣的方式可以有效地減少具體設(shè)備的微型驅(qū)動(dòng)程序的大小，也就減小了程序出錯(cuò)的可能。

如果某一類設(shè)備存在著工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，微軟公司就會(huì)提供一個(gè)該類設(shè)備的WDM類驅(qū)動(dòng)程序。這個(gè)類驅(qū)動(dòng)程序?qū)崿F(xiàn)了該類設(shè)備所有必須的任務(wù)，但不實(shí)現(xiàn)任何具體設(shè)備所特有的東西。

3．總線驅(qū)動(dòng)程序

總線驅(qū)動(dòng)程序?yàn)閷?shí)際的I/O總線服務(wù)。在WDM的定義中，總線是用來(lái)連接其他的物理的、邏輯的、虛擬的設(shè)備?？偩€包括傳統(tǒng)的總線SCSI和PCI，也包括并口、串口以及i8042端口。微軟公司已經(jīng)為Windows操作系統(tǒng)提供了總線驅(qū)動(dòng)程序?？偩€驅(qū)動(dòng)程序已經(jīng)包含在操作系統(tǒng)里了，用戶不必安裝。

一個(gè)總線驅(qū)動(dòng)程序負(fù)責(zé)以下的工作：枚舉總線上的設(shè)備，向操作系統(tǒng)報(bào)告總線上的動(dòng)態(tài)事件，響應(yīng)即插即用和電源管理的I/O請(qǐng)求，提供總線的多路存取，管理總線上的設(shè)備等。

13.4.3??PCI設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序例程

PCI設(shè)備的WDM驅(qū)動(dòng)程序一般需要使用Windows?DDK（Drivers?Develop?Kits）及C語(yǔ)言進(jìn)行開(kāi)發(fā)。下面介紹一些PCI設(shè)備最常見(jiàn)的例程，這些例程將告訴我們?nèi)绾螌?duì)PCI設(shè)備進(jìn)行控制。

1．DriverEntry例程

每個(gè)WDM驅(qū)動(dòng)程序，不管它的用途是什么，都要對(duì)外界顯示一個(gè)名字為DriverEntry的例程。該例程初始化各種驅(qū)動(dòng)程序數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并為所有其他驅(qū)動(dòng)程序組件準(zhǔn)備好執(zhí)行環(huán)境。主要的工作是在傳遞的DriverObject中存儲(chǔ)一系列的回調(diào)例程指針。DRIVER_OBJECT結(jié)構(gòu)有操作系統(tǒng)用于存儲(chǔ)與驅(qū)動(dòng)程序有關(guān)的任何信息。

在DriverEntry例程中通常要完成如下步驟。

·??DriverEntry?找到它將要控制的硬件。那個(gè)硬件是經(jīng)過(guò)分配的，即被標(biāo)志為由該驅(qū)動(dòng)程序控制。

·??通過(guò)聲明另一個(gè)驅(qū)動(dòng)程序入口點(diǎn)，初始化驅(qū)動(dòng)程序?qū)ο?。通過(guò)把函數(shù)指針直接保存到驅(qū)動(dòng)程序?qū)ο笾型瓿陕暶鞴ぷ鳌?/p>

·??如果成功，DriverEntry應(yīng)該把STATUS_SUCCESS返回給I/O管理程序。

DriverEntry的函數(shù)原型為：

NTSTATUS?DriverEntry?(

PDRIVER_OBJECT?pDriverObject,?

PUNICODE_STRING?pRegistryPath

)

它接收一個(gè)指向它本身的驅(qū)動(dòng)程序?qū)ο蟮闹羔?，DriverEntry例程必須對(duì)它（指針）初始化。它還接收一個(gè)UNICODE_STRING，它包含注冊(cè)表中驅(qū)動(dòng)程序服務(wù)鍵的路徑。內(nèi)核模式驅(qū)動(dòng)程序根據(jù)該字符串從系統(tǒng)注冊(cè)表中提取任何驅(qū)動(dòng)程序?qū)Ｓ械膮?shù)。注冊(cè)表字符串采用如下形式：

HKEY_LOCAL_MACHINESystemCurrentControlSetServicesDriverName

下面是驅(qū)動(dòng)程序的DriverEntry例程的部分代碼，里面定義了將要用到的回調(diào)函數(shù)。

NTSTATUS?DriverEntry?(

????PDRIVER_OBJECT???pDriverObject,

????PUNICODE_STRING???pRegistryPath

????)

{ …

????//?回調(diào)函數(shù)

????pDriverObject->DriverUnload????????????????????????? =?DriverUnload;

????pDriverObject->MajorFunction[IRP_MJ_CREATE]????????? =Dispatch_Create;

????pDriverObject->MajorFunction[IRP_MJ_CLOSE]????????? =Dispatch_Close;

????pDriverObject->MajorFunction[IRP_MJ_READ]??????????? =Dispatch_Read;

????pDriverObject->MajorFunction[IRP_MJ_WRITE]?????????? =Dispatch_Write;

????pDriverObject->MajorFunction[IRP_MJ_CLEANUP]??????? =Dispatch_Cleanup;

????pDriverObject->MajorFunction[IRP_MJ_DEVICE_CONTROL]?

???????????????????????????????? ??=Dispatch_IoControl;

????pDriverObject->MajorFunction[IRP_MJ_PNP]????????????? =?Dispatch_Pnp;

????pDriverObject->MajorFunction[IRP_MJ_POWER]?????????? =Dispatch_Power;

????pDriverObject->MajorFunction[IRP_MJ_SYSTEM_CONTROL]

? ??=Dispatch_System?? ????????????Control;

????pDriverObject->DriverExtension->AddDevice????????? ??=?AddDevice;

????…

????return?STATUS_SUCCESS;

}

2．AddDevice例程

大多數(shù)的WDM?PDO?都是在PnP管理器調(diào)用該程序入口點(diǎn)時(shí)被創(chuàng)建的。插入新設(shè)備后，系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，總線枚舉器會(huì)發(fā)現(xiàn)總線上的所有設(shè)備會(huì)自動(dòng)尋找并安裝設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序，并由驅(qū)動(dòng)程序中的處理PnP功能模塊自動(dòng)處理AddDevice例程及其他的PnP消息。

AddDevice例程使用IoCreateDevice函數(shù)創(chuàng)建設(shè)備對(duì)象，再使用IoCreateSymbolicLink函數(shù)將設(shè)備組成為一個(gè)特定的設(shè)備接口，供Win32使用。

其函數(shù)原型為：

NTSTATUS?AddDevice?(PDRIVER_OBJECT?pDriverObject,?PDEVICE_OBJECT?pdo)

必須在DriverEntry入口函數(shù)中進(jìn)行聲明，下面是該函數(shù)的部分代碼：

NTSTATUS?AddDevice?(

????PDRIVER_OBJECT?pDriverObject,

????PDEVICE_OBJECT?pdo

????)

{…

????//?建立設(shè)備名稱并創(chuàng)建它

????for?(i=0;?i?<?20;?i++)

????{

????//轉(zhuǎn)成String格式

????????Swprintf?(DeviceName,?L"\Device\"?PLX_DRIVER_NAME_UNICODE?L"-%d",?i);

????//初始化DeviceName_Unicode

????????RtlInitUnicodeString?(&DeviceName_Unicode,?DeviceName);

????//?創(chuàng)建設(shè)備

????????status?=?IoCreateDevice(

????????????????pDriverObject,

????????????????sizeof(DEVICE_EXTENSION),

????????????????&DeviceName_Unicode,

????????????????FILE_DEVICE_UNKNOWN,

????????????????0,

????????????????FALSE,?

????????????????&fdo

????????????????);

????…

?????//為用戶應(yīng)用程序創(chuàng)建Win32關(guān)聯(lián)名

????//轉(zhuǎn)成String格式

????swprintf?(DeviceLinkName,?L"\DosDevices\"?PLX_DRIVER_NAME_UNICODE?L"-%d",?i);

????//初始化DeviceLinkName_Unicode

????RtlInitUnicodeString?(

????????&DeviceLinkName_Unicode,

????????DeviceLinkName

????????);

????//建立設(shè)備關(guān)聯(lián)符號(hào)

????status?=?IoCreateSymbolicLink?(

????????????&DeviceLinkName_Unicode,

????????????&DeviceName_Unicode

????????????);

????…

????return?STATUS_SUCCESS;

}

3．DispatchPnp例程

支持即插即用主要是指實(shí)現(xiàn)一個(gè)AddDevice例程和一個(gè)IRP_MJ_PNP處理程序。這個(gè)PnP?IRP有8個(gè)主要次功能代碼，大多數(shù)的WDM驅(qū)動(dòng)程序需要支持這些次功能代碼。

·??IRP_MN_START_DEVICE。

·??IRP_MN_QUERY_REMOVE_DEVICE。

·??IRP_MN_REMOVE_DEVICE。

·??IRP_MN_CANCLE_REMOVE_DEVICE。

·??IRP_MN_STOP_DEVICE。

·??IRP_MN_QUERY_STOP_DEVICE。

·??IRP_MN_CANCLE_STOP_DEVICE。

·??IRP_MN_QUERY_CAPABILITIES。

還有一些不太常用的IRP，這里就不再一一介紹，下面是這部分驅(qū)動(dòng)的部分代碼。

NTSTATUS?Dispatch_Pnp(

????PDEVICE_OBJECT?fdo,

????PIRP???????????pIrp

????)

{ …

????//?檢查次功能代碼

????switch?(stack?->?MinorFunction)

????{

????????case?IRP_MN_START_DEVICE:????????????????????? //配置并初始化設(shè)備

????????????status?=?HandleStartDevice(fdo,?pIrp);

????????????break;

????????case?IRP_MN_STOP_DEVICE: ????????????????????? //關(guān)閉設(shè)備

????????????status?=?HandleStopDevice(fdo,?pIrp);

????????????break;

????????case?IRP_MN_REMOVE_DEVICE:????????????????? //關(guān)閉并刪除設(shè)備

????????????Unlock?=?FALSE;

????????????status?=?HandleRemoveDevice(fdo,?pIrp);

????????????break;

????????case?IRP_MN_QUERY_REMOVE_DEVICE: ??????????? //查詢?cè)O(shè)備是否可被安全刪除