Windows 2000環(huán)境下測控系統(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)動程序模型（WDM）的基本原理，同時以CompuwareNumega公司的DriverWorks為開發(fā)工具，開發(fā)出了基于PCI局部總線的測控系統(tǒng)某專用接口卡的WDM設(shè)備驅(qū)動程序。

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

1WDM驅(qū)動程序的基本原理

WDM驅(qū)動模型是Microsoft公司推出的最新的Windows驅(qū)動程序模型，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，是未來驅(qū)動程序發(fā)展的方向。如圖1所示，Windows2000中應(yīng)用程序不能直接訪問底層硬件，而必須通過設(shè)備驅(qū)動程序進(jìn)行操作(讀、寫、中斷等)。應(yīng)用程序?qū)υO(shè)備I/O進(jìn)行Win32API函數(shù)調(diào)用，這個調(diào)用由I/O系統(tǒng)服務(wù)接收，I/O管理器從這個請求構(gòu)造一個合適的I/O請求包（IRP），然后傳遞給設(shè)備驅(qū)動程序，設(shè)備驅(qū)動程序與硬件打交道，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計數(shù)卡驅(qū)動程序的開發(fā)

(1)計數(shù)卡用途及硬件電路設(shè)計

在測控系統(tǒng)領(lǐng)域，經(jīng)常需要對光柵、電機(jī)編碼器等傳感器傳輸過來的脈沖進(jìn)行計數(shù)，這樣才可以得到控制對象的準(zhǔn)確位置等數(shù)據(jù)，對脈沖計數(shù)的接口卡硬件電路原理圖如圖2所示。PCI總線經(jīng)過PCI9052（PCIBUSLOCALBUS轉(zhuǎn)換芯片）連接到局部總線，然后經(jīng)過譯碼將I/O端口地址分配給計數(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，計數(shù)專用芯片鎖存外部傳感器的計數(shù)脈沖的當(dāng)前值，進(jìn)行實時采樣。

(2)設(shè)備驅(qū)動程序的設(shè)計

①DriverWorks簡介

開發(fā)驅(qū)動程序一般都使用DDK（微軟提供的驅(qū)動程序開發(fā)軟件包），但是這種方法開發(fā)周期長，難度大。DriverWorks是開發(fā)驅(qū)動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)。他自動生成一個驅(qū)動程序框架，驅(qū)動程序開發(fā)者只是在需要的地方添加一些代碼，這樣能很快地開發(fā)出NT或WDM設(shè)備驅(qū)動程序，而且DriverWorks函數(shù)庫的使用，可以大大減少驅(qū)動程序的代碼長度。因此，實驗中采用了DriverWorks來開發(fā)驅(qū)動程序。

②PCI計數(shù)卡驅(qū)動程序的組成

驅(qū)動程序組成模塊如圖3所示。

③用戶應(yīng)用程序和驅(qū)動程序的通訊

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來執(zhí)行某項操作,在驅(qū)動程序一方，這個DeviceIoControl調(diào)用被轉(zhuǎn)化成一個帶有特殊的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計數(shù)卡設(shè)備驅(qū)動程序中的主要代碼

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

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

測控系統(tǒng)經(jīng)常要求實時性，如實時性數(shù)據(jù)采集。用DriverWorks開發(fā)驅(qū)動程序可以通過硬件中斷來處理，中斷服務(wù)例程（ISR）運行在DIRQL中斷優(yōu)先級，比一般的服務(wù)例程的優(yōu)先級高很多，在此級別上不能進(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)用一個在DISPATCH?-LEVEL（比DIRQL優(yōu)先級低）級別上運行的延遲過程調(diào)用例程（DPC），最后完成IRP，也就完成了實時性數(shù)據(jù)采集的要求。

應(yīng)用程序用CreatFile()函數(shù)打開到WDM設(shè)備句柄，在使用緩沖I/O方式時，操作系統(tǒng)自動地將用戶緩沖區(qū)復(fù)制到非分頁內(nèi)存或者從非分頁內(nèi)存復(fù)制出來，在IRP首部存儲合適的指針，在驅(qū)動程序中只需簡單地讀或者寫這個內(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，對硬件的讀、寫和中斷的工作都已經(jīng)完成，實現(xiàn)了預(yù)期的目標(biāo)。如果是開發(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。而開發(fā)PCI總線的接口卡時，系統(tǒng)讀取PCI的配置空間的信息，自動分配硬件資源,不需要進(jìn)行手工設(shè)置。

3結(jié)語

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