今日頭條
官方微信
官方抖音
案例頻道
王郁平 凌志浩 吳勤勤
1 引言
現(xiàn)代計算機(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)用程序不能對系統(tǒng)的硬件資源進(jìn)行直接訪問，這樣就需要在應(yīng)用程序與硬件之間構(gòu)筑驅(qū)動程序模塊。在實際工控應(yīng)用中需要對自行開發(fā)的硬件設(shè)備進(jìn)行控制，這樣就需要開發(fā)特定的設(shè)備驅(qū)動程序來跨越操作系統(tǒng)邊界對硬件資源進(jìn)行操作，并與用戶應(yīng)用程序進(jìn)行通信。本文給出了一個基于PCI總線的LonWorks智能通信適配卡驅(qū)動程序開發(fā)與應(yīng)用實例，實現(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)動模型
2.1 Windows 2000的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
要寫驅(qū)動程序，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)建一個稱為IRP(IO Request Package，IO請求包)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并把此IRP作為參數(shù)傳遞給驅(qū)動程序。這樣，驅(qū)動程序處理這個請求包，通過識別IRP中的物理設(shè)備對象（Physical Device Object，PDO）來區(qū)別是發(fā)送給哪個設(shè)備的，當(dāng)要訪問硬件時，驅(qū)動程序通過調(diào)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(dāng)驅(qū)動程序處理完這個請求后，會將處理結(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)動程序模型
在WDM驅(qū)動程序模型中，每個硬件設(shè)備至少有兩個驅(qū)動程序：一個稱為功能(function)驅(qū)動程序，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操作完成時所帶來的中斷事件，為用戶提供一種設(shè)備適合的控制方式；另一個稱為總線(bus)驅(qū)動程序，它負(fù)責(zé)管理硬件與計算機(jī)的連接。
一個驅(qū)動程序通常包含許多例程，當(dāng)操作系統(tǒng)遇到一個IRP包時，就調(diào)用驅(qū)動程序中相應(yīng)的例程來執(zhí)行該IRP的操作，基本驅(qū)動例程有：
(1) DriverEntry例程：負(fù)責(zé)驅(qū)動程序的初始化，主要是初始化驅(qū)動程序范圍的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和資源。所有驅(qū)動程序都必須包含此例程，當(dāng)驅(qū)動程序被裝載時，PnP管理器為每個驅(qū)動程序調(diào)用一次DriverEntry例程。
(2) AddDevice例程：PnP管理器調(diào)用此例程來初始化由該驅(qū)動程序所控制的設(shè)備。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行時，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)動程序范圍內(nèi)的資源。
3 WDM驅(qū)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(jù)傳到監(jiān)控計算機(jī)的LON適配卡時，Neuron芯片通過總線收發(fā)器讀入數(shù)據(jù)，通過轉(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)控計算機(jī)就可以通過PCI總線控制器讀取雙口RAM中的數(shù)據(jù)，來得到各智能節(jié)點送來的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)監(jiān)控功能。反之當(dāng)計算機(jī)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(jī)發(fā)送來的數(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)動開發(fā)工具的選擇
現(xiàn)在比較流行的驅(qū)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(qū)動程序進(jìn)行開發(fā)。
表1 開發(fā)工具的分析比較
3.3 WDM驅(qū)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?qū)軌驇椭_發(fā)人員迅速開發(fā)出特定的硬件設(shè)備驅(qū)動程序框架，其主要步驟包括：
(1) 選擇運(yùn)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(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
熱點新聞
推薦產(chǎn)品
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號