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王郁平 凌志浩 吳勤勤
1 引言
現(xiàn)代計算機硬件功能的強大，使其操作系統(tǒng)也變得復雜，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的安全機制使得用戶應用程序不能對系統(tǒng)的硬件資源進行直接訪問，這樣就需要在應用程序與硬件之間構筑驅動程序模塊。在實際工控應用中需要對自行開發(fā)的硬件設備進行控制，這樣就需要開發(fā)特定的設備驅動程序來跨越操作系統(tǒng)邊界對硬件資源進行操作，并與用戶應用程序進行通信。本文給出了一個基于PCI總線的LonWorks智能通信適配卡驅動程序開發(fā)與應用實例，實現(xiàn)了應用程序與適配卡中雙口RAM之間的數(shù)據通信。
2 WDM驅動模型
2.1 Windows 2000的系統(tǒng)結構
要寫驅動程序，必須要了解操作系統(tǒng)的結構。在WDM體系中，Windows 2000操作系統(tǒng)是最標準的實現(xiàn)方式，圖1顯示了Windows 2000系統(tǒng)結構。在Windows 2000操作系統(tǒng)環(huán)境下，一部分組件運行在用戶模式下，其它的則運行在內核模式下。
用戶模式下的應用程序對Windows子系統(tǒng)進行Win32 API的調用，這個調用由系統(tǒng)服務接口作用到I/O管理器，I/O管理器進行必要的參數(shù)匹配和操作安全性檢查，然后創(chuàng)建一個稱為IRP(IO Request Package，IO請求包)的數(shù)據結構，并把此IRP作為參數(shù)傳遞給驅動程序。這樣，驅動程序處理這個請求包，通過識別IRP中的物理設備對象（Physical Device Object，PDO）來區(qū)別是發(fā)送給哪個設備的，當要訪問硬件時，驅動程序通過調用硬件抽象層函數(shù)來實現(xiàn)。硬件抽象層是Windows體系中的一個重要概念，它屏蔽了不同硬件平臺的差異，向操作系統(tǒng)上層提供統(tǒng)一接口。當驅動程序處理完這個請求后，會將處理結果返回給I/O管理器，最后再由I/O管理器將執(zhí)行結果返回給用戶模式下的應用程序。
圖1 Windows 2000系統(tǒng)結構
2.2 WDM驅動程序模型
在WDM驅動程序模型中，每個硬件設備至少有兩個驅動程序：一個稱為功能(function)驅動程序，它了解使硬件工作的所有細節(jié)，負責初始化I/O操作，處理I/O操作完成時所帶來的中斷事件，為用戶提供一種設備適合的控制方式；另一個稱為總線(bus)驅動程序，它負責管理硬件與計算機的連接。
一個驅動程序通常包含許多例程，當操作系統(tǒng)遇到一個IRP包時，就調用驅動程序中相應的例程來執(zhí)行該IRP的操作，基本驅動例程有：
(1) DriverEntry例程：負責驅動程序的初始化，主要是初始化驅動程序范圍的數(shù)據結構和資源。所有驅動程序都必須包含此例程，當驅動程序被裝載時，PnP管理器為每個驅動程序調用一次DriverEntry例程。
(2) AddDevice例程：PnP管理器調用此例程來初始化由該驅動程序所控制的設備。當系統(tǒng)運行時，一旦有新設備被枚舉，系統(tǒng)將調用AddDevice例程。
(3) Upload例程：負責釋放由DriverEntry例程所分配的驅動程序范圍內的資源。
3 WDM驅動程序開發(fā)
3.1 硬件背景
LON適配卡硬件接口如圖2所示，現(xiàn)場智能節(jié)點通過LonWorks總線將數(shù)據傳到監(jiān)控計算機的LON適配卡時，Neuron芯片通過總線收發(fā)器讀入數(shù)據，通過轉換和運算后，按規(guī)定的協(xié)議寫入雙口RAM中，這樣監(jiān)控計算機就可以通過PCI總線控制器讀取雙口RAM中的數(shù)據，來得到各智能節(jié)點送來的數(shù)據，實現(xiàn)監(jiān)控功能。反之當計算機要發(fā)送參數(shù)或控制信息給智能節(jié)點時，PCI總線控制器把PC機發(fā)送來的數(shù)據按照一定的協(xié)議寫入到雙口RAM中，Neuron芯片讀取雙口RAM中的信息，然后通過總線收發(fā)器發(fā)送到LonWorks總線網絡中去。
圖2 適配卡硬件接口原理圖
3.2 驅動開發(fā)工具的選擇
現(xiàn)在比較流行的驅動開發(fā)工具主要有3種：Windows DDK，DriverWorks，Windriver。表1簡單對這3種工具作了分析和比較。在此，選擇DriverWorks開發(fā)工具和Visual C++語言來對LON適配卡的驅動程序進行開發(fā)。
表1 開發(fā)工具的分析比較
3.3 WDM驅動程序框架
DriverWizard是DriverWorks創(chuàng)建WDM框架程序的工具，其簡單易用的開發(fā)向導能夠幫助開發(fā)人員迅速開發(fā)出特定的硬件設備驅動程序框架，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則會進一步要求選擇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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