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1  引言

    現(xiàn)代計(jì)算機(jī)硬件功能的強(qiáng)大，使其操作系統(tǒng)也變得復(fù)雜，Windows 2000憑借其良好的安全性和穩(wěn)定性成為目前主流操作系統(tǒng)。然而由于Windows 2000的安全機(jī)制使得用戶應(yīng)用程序不能對(duì)系統(tǒng)的硬件資源進(jìn)行直接訪問(wèn)，這樣就需要在應(yīng)用程序與硬件之間構(gòu)筑驅(qū)動(dòng)程序模塊。在實(shí)際工控應(yīng)用中需要對(duì)自行開(kāi)發(fā)的硬件設(shè)備進(jìn)行控制，這樣就需要開(kāi)發(fā)特定的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序來(lái)跨越操作系統(tǒng)邊界對(duì)硬件資源進(jìn)行操作，并與用戶應(yīng)用程序進(jìn)行通信。本文給出了一個(gè)基于PCI總線的LonWorks智能通信適配卡驅(qū)動(dòng)程序開(kāi)發(fā)與應(yīng)用實(shí)例，實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用程序與適配卡中雙口RAM之間的數(shù)據(jù)通信。

2  WDM驅(qū)動(dòng)模型

2.1  Windows 2000的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

    要寫驅(qū)動(dòng)程序，必須要了解操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。在WDM體系中，Windows 2000操作系統(tǒng)是最標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)現(xiàn)方式，圖1顯示了Windows 2000系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。在Windows 2000操作系統(tǒng)環(huán)境下，一部分組件運(yùn)行在用戶模式下，其它的則運(yùn)行在內(nèi)核模式下。

    用戶模式下的應(yīng)用程序?qū)?/SPAN>Windows子系統(tǒng)進(jìn)行Win32 API的調(diào)用，這個(gè)調(diào)用由系統(tǒng)服務(wù)接口作用到I/O管理器，I/O管理器進(jìn)行必要的參數(shù)匹配和操作安全性檢查，然后創(chuàng)建一個(gè)稱為IRP(IO Request Package，IO請(qǐng)求包)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并把此IRP作為參數(shù)傳遞給驅(qū)動(dòng)程序。這樣，驅(qū)動(dòng)程序處理這個(gè)請(qǐng)求包，通過(guò)識(shí)別IRP中的物理設(shè)備對(duì)象（Physical Device Object，PDO）來(lái)區(qū)別是發(fā)送給哪個(gè)設(shè)備的，當(dāng)要訪問(wèn)硬件時(shí)，驅(qū)動(dòng)程序通過(guò)調(diào)用硬件抽象層函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。硬件抽象層是Windows體系中的一個(gè)重要概念，它屏蔽了不同硬件平臺(tái)的差異，向操作系統(tǒng)上層提供統(tǒng)一接口。當(dāng)驅(qū)動(dòng)程序處理完這個(gè)請(qǐng)求后，會(huì)將處理結(jié)果返回給I/O管理器，最后再由I/O管理器將執(zhí)行結(jié)果返回給用戶模式下的應(yīng)用程序。

圖1  Windows 2000系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.2  WDM驅(qū)動(dòng)程序模型

    在WDM驅(qū)動(dòng)程序模型中，每個(gè)硬件設(shè)備至少有兩個(gè)驅(qū)動(dòng)程序：一個(gè)稱為功能(function)驅(qū)動(dòng)程序，它了解使硬件工作的所有細(xì)節(jié)，負(fù)責(zé)初始化I/O操作，處理I/O操作完成時(shí)所帶來(lái)的中斷事件，為用戶提供一種設(shè)備適合的控制方式；另一個(gè)稱為總線(bus)驅(qū)動(dòng)程序，它負(fù)責(zé)管理硬件與計(jì)算機(jī)的連接。

    一個(gè)驅(qū)動(dòng)程序通常包含許多例程，當(dāng)操作系統(tǒng)遇到一個(gè)IRP包時(shí)，就調(diào)用驅(qū)動(dòng)程序中相應(yīng)的例程來(lái)執(zhí)行該IRP的操作，基本驅(qū)動(dòng)例程有：

    (1)  DriverEntry例程：負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)程序的初始化，主要是初始化驅(qū)動(dòng)程序范圍的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和資源。所有驅(qū)動(dòng)程序都必須包含此例程，當(dāng)驅(qū)動(dòng)程序被裝載時(shí)，PnP管理器為每個(gè)驅(qū)動(dòng)程序調(diào)用一次DriverEntry例程。

    (2)  AddDevice例程：PnP管理器調(diào)用此例程來(lái)初始化由該驅(qū)動(dòng)程序所控制的設(shè)備。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，一旦有新設(shè)備被枚舉，系統(tǒng)將調(diào)用AddDevice例程。

    (3)  Upload例程：負(fù)責(zé)釋放由DriverEntry例程所分配的驅(qū)動(dòng)程序范圍內(nèi)的資源。

3  WDM驅(qū)動(dòng)程序開(kāi)發(fā)

3.1  硬件背景

    LON適配卡硬件接口如圖2所示，現(xiàn)場(chǎng)智能節(jié)點(diǎn)通過(guò)LonWorks總線將數(shù)據(jù)傳到監(jiān)控計(jì)算機(jī)的LON適配卡時(shí)，Neuron芯片通過(guò)總線收發(fā)器讀入數(shù)據(jù)，通過(guò)轉(zhuǎn)換和運(yùn)算后，按規(guī)定的協(xié)議寫入雙口RAM中，這樣監(jiān)控計(jì)算機(jī)就可以通過(guò)PCI總線控制器讀取雙口RAM中的數(shù)據(jù)，來(lái)得到各智能節(jié)點(diǎn)送來(lái)的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控功能。反之當(dāng)計(jì)算機(jī)要發(fā)送參數(shù)或控制信息給智能節(jié)點(diǎn)時(shí)，PCI總線控制器把PC機(jī)發(fā)送來(lái)的數(shù)據(jù)按照一定的協(xié)議寫入到雙口RAM中，Neuron芯片讀取雙口RAM中的信息，然后通過(guò)總線收發(fā)器發(fā)送到LonWorks總線網(wǎng)絡(luò)中去。

圖2  適配卡硬件接口原理圖

3.2  驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)工具的選擇

    現(xiàn)在比較流行的驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)工具主要有3種：Windows DDK，DriverWorks，Windriver。表1簡(jiǎn)單對(duì)這3種工具作了分析和比較。在此，選擇DriverWorks開(kāi)發(fā)工具和Visual C++語(yǔ)言來(lái)對(duì)LON適配卡的驅(qū)動(dòng)程序進(jìn)行開(kāi)發(fā)。

表1  開(kāi)發(fā)工具的分析比較

3.3  WDM驅(qū)動(dòng)程序框架

        DriverWizard是DriverWorks創(chuàng)建WDM框架程序的工具，其簡(jiǎn)單易用的開(kāi)發(fā)向?qū)軌驇椭_(kāi)發(fā)人員迅速開(kāi)發(fā)出特定的硬件設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序框架，其主要步驟包括：

        (1)  選擇運(yùn)行平臺(tái)：有WDM Driver，NT4.0 Style Driver，Empty Driver Project，Simple C++ Driver，如果選擇WDM Driver則會(huì)進(jìn)一步要求選擇WDM類型，包括WDM Function Driver或WDM Filter Driver等。

        (2)  選擇總線類型：有ISA、PCI、USB、PCMCIA

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