Windows 2000環境下測控系統的WDM設備

摘要：介紹了Windows2000操作系統下的最新的設備驅動程序模型（WDM）的基本原理，同時以CompuwareNumega公司的DriverWorks為開發工具，開發出了基于PCI局部總線的測控系統某專用接口卡的WDM設備驅動程序。

關鍵詞：設備驅動程序模型；WDM；DriverWorks；PCI局部總線

1WDM驅動程序的基本原理

WDM驅動模型是Microsoft公司推出的最新的Windows驅動程序模型，他有許多新的特性，如分層結構、即插即用、電源管理、WMI等，是未來驅動程序發展的方向。如圖1所示，Windows2000中應用程序不能直接訪問底層硬件，而必須通過設備驅動程序進行操作(讀、寫、中斷等)。應用程序對設備I/O進行Win32API函數調用，這個調用由I/O系統服務接收，I/O管理器從這個請求構造一個合適的I/O請求包（IRP），然后傳遞給設備驅動程序，設備驅動程序與硬件打交道，并完成IRP的處理，最后I/O管理器把數據和結果返回給Win32和用戶應用程序。

2PCI9052計數卡驅動程序的開發

(1)計數卡用途及硬件電路設計

在測控系統領域，經常需要對光柵、電機編碼器等傳感器傳輸過來的脈沖進行計數，這樣才可以得到控制對象的準確位置等數據，對脈沖計數的接口卡硬件電路原理圖如圖2所示。PCI總線經過PCI9052（PCIBUSLOCALBUS轉換芯片）連接到局部總線，然后經過譯碼將I/O端口地址分配給計數專用芯片，PCI9052的LOCALBUS一側的中斷線連接至硬件中斷觸發端。這樣，當中斷觸發時，計數專用芯片鎖存外部傳感器的計數脈沖的當前值，進行實時采樣。

(2)設備驅動程序的設計

①DriverWorks簡介

開發驅動程序一般都使用DDK（微軟提供的驅動程序開發軟件包），但是這種方法開發周期長，難度大。DriverWorks是開發驅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，完全兼容DDK的全部函數。他自動生成一個驅動程序框架，驅動程序開發者只是在需要的地方添加一些代碼，這樣能很快地開發出NT或WDM設備驅動程序，而且DriverWorks函數庫的使用，可以大大減少驅動程序的代碼長度。因此，實驗中采用了DriverWorks來開發驅動程序。

②PCI計數卡驅動程序的組成

驅動程序組成模塊如圖3所示。

③用戶應用程序和驅動程序的通訊

較為通用的方法是應用程序使用Win32API函數DeviceIoControl，ReadFile或者WriteFile與驅動程序進行通訊。

例如用戶應用程序使用標準Win32API函數DeviceIoControl來執行某項操作,在驅動程序一方，這個DeviceIoControl調用被轉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計數卡設備驅動程序中的主要代碼

在驅動程序中，首先要定義Pciwdmdevice類，他是KPnpDevice的公有派生類，代表PCI計數卡的設備對象，然后才可以調用相應的函數訪問硬件。在PciwdmDeviceh頭文件中定義如下：

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

測控系統經常要求實時性，如實時性數據采集。用DriverWorks開發驅動程序可以通過硬件中斷來處理，中斷服務例程（ISR）運行在DIRQL中斷優先級，比一般的服務例程的優先級高很多，在此級別上不能進行大多數的內核調用，因此ISR僅執行一些緊急的任務，然后調用一個在DISPATCH-LEVEL（比DIRQL優先級低）級別上運行的延遲過程調用例程（DPC），最后完成IRP，也就完成了實時性數據采集的要求。

應用程序用CreatFile()函數打開到WDM設備句柄，在使用緩沖I/O方式時，操作系統自動地將用戶緩沖區復制到非分頁內存或者從非分頁內存復制出來，在IRP首部存儲合適的指針，在驅動程序中只需簡單地讀或者寫這個內存就可以了。在應用程序的最后調用CloseHandle()函數關閉WDM設備。

至此，對硬件的讀、寫和中斷的工作都已經完成，實現了預期的目標。如果是開發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PCI總線的接口卡時，系統讀取PCI的配置空間的信息，自動分配硬件資源,不需要進行手工設置。

3結語

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