1  引言

    現代計算機硬件功能的強大，使其操作系統也變得復雜，Windows 2000憑借其良好的安全性和穩定性成為目前主流操作系統。然而由于Windows 2000的安全機制使得用戶(hù)應用程序不能對系統的硬件資源進(jìn)行直接訪(fǎng)問(wèn)，這樣就需要在應用程序與硬件之間構筑驅動(dòng)程序模塊。在實(shí)際工控應用中需要對自行開(kāi)發(fā)的硬件設備進(jìn)行控制，這樣就需要開(kāi)發(fā)特定的設備驅動(dòng)程序來(lái)跨越操作系統邊界對硬件資源進(jìn)行操作，并與用戶(hù)應用程序進(jìn)行通信。本文給出了一個(gè)基于PCI總線(xiàn)的LonWorks智能通信適配卡驅動(dòng)程序開(kāi)發(fā)與應用實(shí)例，實(shí)現了應用程序與適配卡中雙口RAM之間的數據通信。

2  WDM驅動(dòng)模型

2.1  Windows 2000的系統結構

    要寫(xiě)驅動(dòng)程序，必須要了解操作系統的結構。在WDM體系中，Windows 2000操作系統是最標準的實(shí)現方式，圖1顯示了Windows 2000系統結構。在Windows 2000操作系統環(huán)境下，一部分組件運行在用戶(hù)模式下，其它的則運行在內核模式下。

    用戶(hù)模式下的應用程序對Windows子系統進(jìn)行Win32 API的調用，這個(gè)調用由系統服務(wù)接口作用到I/O管理器，I/O管理器進(jìn)行必要的參數匹配和操作安全性檢查，然后創(chuàng )建一個(gè)稱(chēng)為IRP(IO Request Package，IO請求包)的數據結構，并把此IRP作為參數傳遞給驅動(dòng)程序。這樣，驅動(dòng)程序處理這個(gè)請求包，通過(guò)識別IRP中的物理設備對象（Physical Device Object，PDO）來(lái)區別是發(fā)送給哪個(gè)設備的，當要訪(fǎng)問(wèn)硬件時(shí)，驅動(dòng)程序通過(guò)調用硬件抽象層函數來(lái)實(shí)現。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的差異，向操作系統上層提供統一接口。當驅動(dòng)程序處理完這個(gè)請求后，會(huì )將處理結果返回給I/O管理器，最后再由I/O管理器將執行結果返回給用戶(hù)模式下的應用程序。

圖1  Windows 2000系統結構

2.2  WDM驅動(dòng)程序模型

    在WDM驅動(dòng)程序模型中，每個(gè)硬件設備至少有兩個(gè)驅動(dòng)程序：一個(gè)稱(chēng)為功能(function)驅動(dòng)程序，它了解使硬件工作的所有細節，負責初始化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(hù)提供一種設備適合的控制方式；另一個(gè)稱(chēng)為總線(xiàn)(bus)驅動(dòng)程序，它負責管理硬件與計算機的連接。

    一個(gè)驅動(dòng)程序通常包含許多例程，當操作系統遇到一個(gè)IRP包時(shí)，就調用驅動(dòng)程序中相應的例程來(lái)執行該IRP的操作，基本驅動(dòng)例程有：

    (1)  DriverEntry例程：負責驅動(dòng)程序的初始化，主要是初始化驅動(dòng)程序范圍的數據結構和資源。所有驅動(dòng)程序都必須包含此例程，當驅動(dòng)程序被裝載時(shí)，PnP管理器為每個(gè)驅動(dòng)程序調用一次DriverEntry例程。

    (2)  AddDevice例程：PnP管理器調用此例程來(lái)初始化由該驅動(dòng)程序所控制的設備。當系統運行時(shí)，一旦有新設備被枚舉，系統將調用AddDevice例程。

    (3)  Upload例程：負責釋放由DriverEntry例程所分配的驅動(dòng)程序范圍內的資源。

3  WDM驅動(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，現場(chǎng)智能節點(diǎn)通過(guò)LonWorks總線(xiàn)將數據傳到監控計算機的LON適配卡時(shí)，Neuron芯片通過(guò)總線(xiàn)收發(fā)器讀入數據，通過(guò)轉換和運算后，按規定的協(xié)議寫(xiě)入雙口RAM中，這樣監控計算機就可以通過(guò)PCI總線(xiàn)控制器讀取雙口RAM中的數據，來(lái)得到各智能節點(diǎn)送來(lái)的數據，實(shí)現監控功能。反之當計算機要發(fā)送參數或控制信息給智能節點(diǎn)時(shí)，PCI總線(xiàn)控制器把PC機發(fā)送來(lái)的數據按照一定的協(xié)議寫(xiě)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(xiàn)收發(fā)器發(fā)送到LonWorks總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )中去。

圖2  適配卡硬件接口原理圖

3.2  驅動(dòng)開(kāi)發(fā)工具的選擇

    現在比較流行的驅動(dòng)開(kāi)發(fā)工具主要有3種：Windows DDK，DriverWorks，Windriver。表1簡(jiǎn)單對這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LON適配卡的驅動(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)向導能夠幫助開(kāi)發(fā)人員迅速開(kāi)發(fā)出特定的硬件設備驅動(dòng)程序框架，其主要步驟包括：

        (1)  選擇運行平臺：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(lèi)型，包括WDM Function Driver或WDM Filter Driver等。

        (2)  選擇總線(xiàn)類(lèi)型：有ISA、PCI、USB、PCMCIA

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