Windows以其友好的圖形用戶界面，使得它不僅成為辦公管理首選的操作系統(tǒng)，也日益受到工程技術(shù)人員的關(guān)注，逐漸取代DOS而成為主流的工程應(yīng)用控制平臺(tái)。但是，Windows系統(tǒng)為了保證平臺(tái)的安全與完整性，對(duì)系統(tǒng)底層操作采取了屏蔽的策略，利用VxD將用戶與硬件隔離開(kāi)來(lái)。 在Windows9x(95、97、98)下，用戶如果需要實(shí)現(xiàn)對(duì)硬件的中斷、DMA或存儲(chǔ)空間物理地址等資源進(jìn)行訪問(wèn)，必須通過(guò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序來(lái)進(jìn)行硬件操作;而在WindowsNT下，即使是簡(jiǎn)單的I/O操作，也需要編寫(xiě)驅(qū)動(dòng)程序方能與硬件打交道。

　　Windows操作系統(tǒng)的主流目前是Windows9x和WindowsNT，而已經(jīng)推出的Windows2000是以WindowsNT為主要框架的。由于Windows9x和WindowsNT兩者在系統(tǒng)核心上有質(zhì)的不同，所以即使對(duì)于同樣一個(gè)硬件，在兩者下的驅(qū)動(dòng)程序也有很大的區(qū)別。因此，一般而言，需要針對(duì)不同的操作系統(tǒng)編寫(xiě)不同的驅(qū)動(dòng)程序。

　　兼容X86指令的微機(jī)CPU運(yùn)行時(shí)有4個(gè)優(yōu)先級(jí)，Ring0～Ring3。操作系統(tǒng)與驅(qū)動(dòng)程序運(yùn)行在Ring0級(jí)，可以對(duì)所有硬件資源進(jìn)行控制;用戶程序運(yùn)行在Ring3級(jí)，對(duì)資源控制受到一些限制。而對(duì)于Ring0級(jí)的驅(qū)動(dòng)程序而言，它的編寫(xiě)和調(diào)試通常需要對(duì)操作平臺(tái)的運(yùn)行機(jī)制有較深的了解，從而要求程序開(kāi)發(fā)者掌握Windows9x、NT及Windows2000的內(nèi)核管理機(jī)制，對(duì)于開(kāi)發(fā)人員來(lái)講這有相當(dāng)大的難度。 在這里，筆者使用了美國(guó)Jungo公司出品的WinDriver工具包，利用其繞過(guò)了對(duì)操作系統(tǒng)內(nèi)核的學(xué)習(xí)掌握這個(gè)難點(diǎn)，并且在不更改程序代碼的前提下，完成了在多個(gè)操作系統(tǒng)下對(duì)硬件中斷的一致處理，很方便地解決了硬件與程序在不同系統(tǒng)下的移植問(wèn)題。

1 Windows下硬件中斷的管理機(jī)制

　　在多任務(wù)的環(huán)境里，硬件設(shè)備中斷管理程序是非常重要的系統(tǒng)級(jí)程序。它不僅要把硬件發(fā)生的中斷時(shí)間傳給相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序，還要允許某些設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序處理它們特殊的中斷服務(wù)。在Windows平臺(tái)下，VPICD(虛擬可編程中斷控制器)就是這樣的硬件設(shè)備管理程序，它負(fù)責(zé)管理所有的硬件中斷時(shí)間。VPICD通過(guò)一個(gè)缺省機(jī)制觸發(fā)駐留在VM(虛擬機(jī))內(nèi)的中斷處理函數(shù)。它完全允許VxD根據(jù)其需要而重載中斷處理函數(shù)。PC機(jī)的硬件中斷需要確定硬件中斷的IRQS(中斷申請(qǐng)?zhí)?，對(duì)一個(gè)特定的IRQ中斷源，VPICD或提供缺省的中斷處理函數(shù)，或允許其它VxD重載中斷處理函數(shù)。

　　VPICD提供的缺省中斷處理是:首先置中斷禁止，再觸發(fā)相應(yīng)VM中的中斷處理函數(shù)。因?yàn)閂PICD實(shí)現(xiàn)了對(duì)PPIC(物理可編程中斷控制器，如8259中斷控制器)的虛擬化，所以當(dāng)VM中的中斷處理函數(shù)發(fā)送EOI(中斷處理結(jié)束指令)時(shí)，VPICD即對(duì)PPIC發(fā)EOI指令。最后，VPICD控制處理函數(shù)的返回操作，恢復(fù)中斷，并置VM狀態(tài)為VM進(jìn)入中斷前的狀態(tài)。當(dāng)VPICD對(duì)某些中斷的缺省處理不夠充分或則不太合適時(shí)，就需要親手編寫(xiě)一個(gè)VxD，在其中實(shí)現(xiàn)中斷的虛擬化。VxD將決定如何處理硬件中斷以及如何調(diào)用VM中的中斷處理函數(shù)。

　　下面將要詳述的WinDriver對(duì)中斷處理作了很好的封裝，將對(duì)VPICD和VM的控制和處理以及某些特殊的驅(qū)動(dòng)要求封裝在經(jīng)過(guò)嚴(yán)格調(diào)試的WinDriver.vxd和WinDriver.sys中，并對(duì)調(diào)用驅(qū)動(dòng)程序的API(應(yīng)用編程接口)函數(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)集成，讓使用者直接面對(duì)用高級(jí)語(yǔ)言集成好的類庫(kù)和函數(shù)接口，從而大大降低了程序開(kāi)發(fā)的難度，縮短了開(kāi)發(fā)周期。

2 WinDriver工具包簡(jiǎn)介

　　WinDriver是美國(guó)Jungo公司出品的用于編寫(xiě)驅(qū)動(dòng)程序的一種工具包，主要針對(duì)ISA/PCI插卡，4.2版本以后還提供了USB的開(kāi)發(fā)工具。最新版本4.40版所編寫(xiě)的程序兼容性十分強(qiáng)大，包括了Windows9x、Windows NT、Windows2000、Windows CE、Linux、Solaris(Intel)、VxWorks (Intel) 、OS/2等諸多操作平臺(tái)。WinDriver主要包括一個(gè)WinDriverWizard、一個(gè)WinDriver發(fā)行包、多個(gè)公用程序以及大量的例程。

　　(1)WinDriverWizard

　　這是一個(gè)友好的Windows向?qū)Ы缑?。運(yùn)行WinDriverWizard，它可以讓你立即接觸到硬件而不用寫(xiě)一句有關(guān)的代碼。這種便利來(lái)自于它的自動(dòng)檢測(cè)功能。對(duì)于ISA插卡，用戶可以直接利用它來(lái)讀寫(xiě)卡上的內(nèi)存、I/O地址、寄存器以及偵聽(tīng)中斷。對(duì)于PCI插卡，除了上面的基本功能外，還可以方便地讀寫(xiě)PCI的配置信息。

　　在此之后，通過(guò)選擇“GenerateCode”選項(xiàng)，WinDriverWizard會(huì)為你的插卡產(chǎn)生基本的程序代碼。4.2版本以后還提供了多種編程語(yǔ)言選擇，幾乎包括了所有流行的編程語(yǔ)言，如VC4?觸VC6、Borland C++Builder3?觸4、Pascal、Delphi、Linuxmake、Solariesmake等等。這就讓用戶不必去學(xué)新的編程語(yǔ)言，很容易地直接上手。

　　(2)公用程序

　　WinDriver提供了pci_scan、pci_dump、pci_diag、isapnp_scan、wdreg、wddebug等多個(gè)公用程序。pci_scan可以給出安裝的PCI卡及系統(tǒng)為它們分配資源的列表;pci_dump則負(fù)責(zé)得到已安裝的PCI卡的系統(tǒng)配置信息;pci_diag兼有兩者功能;isapnp_scan為用戶指出了即插即用的ISA插卡的有關(guān)信息;wdreg為用戶提供了修改注冊(cè)表的工具，可以用來(lái)方便地安裝用戶編寫(xiě)的程序;wddebug則是一個(gè)用于調(diào)試用戶程序的有效工具。

　　(3)大量例程

　　WinDriver提供了許多例程，使用者可以利用它們來(lái)產(chǎn)生自己驅(qū)動(dòng)程序的基本框架。與此同時(shí)，在WinDriver提供的在線幫助里，可以查到許多WinDriver封裝好的功能函數(shù)。這些函數(shù)能夠方便地實(shí)現(xiàn)中斷處理、DMA傳輸、I/O操作、內(nèi)存映射以及即插即用等功能。而且對(duì)于常用的PCI橋芯片，如PLX9050、PLX9060、PLX9080、AMCC5923、AMCC5933、V3、ALTERA、GT64等等，提供了特定的檢測(cè)程序和相應(yīng)的API函數(shù)，大大減輕了用戶的編程難度。

3 WinDriver的驅(qū)動(dòng)程序編程模式原理

　　WinDriver編程有兩種模式。一種模式是用戶模式，這種模式實(shí)際上不是讓用戶來(lái)編驅(qū)動(dòng)程序，而是利用軟件自身提供的驅(qū)動(dòng)程序Windrvr.vxd和Windrvr.sys，用戶所面對(duì)的只是驅(qū)動(dòng)程序給出的相應(yīng)功能接口;即使是這個(gè)接口，也用高級(jí)語(yǔ)言進(jìn)行了很好的封裝，使用十分容易。另一種模式是“核心插入”模式用KernelPlugIn方式進(jìn)行編程，形成.vxd和.sys文件，這是真正意義上的驅(qū)動(dòng)程序。當(dāng)用戶有特殊的速度要求時(shí)，后者是較好的方式。這種方式最快，據(jù)Jungo公司的評(píng)測(cè)報(bào)告中講，可以在一秒鐘內(nèi)處理100，000次中斷，筆者在硬件中嘗試了一下10，000次中斷/秒，獲得了成功。

　　對(duì)于對(duì)操作系統(tǒng)內(nèi)核了解不多的開(kāi)發(fā)者，用戶模式無(wú)疑是非常值得推薦的。本文重點(diǎn)即是放在這方面。使用用戶模式，這里要特別注意以下幾個(gè)功能函數(shù):

　　(1) WD_Open()——獲得驅(qū)動(dòng)程序(指Windrvr.vxd或Windrvr.sys)的句柄，它實(shí)際上是調(diào)用了CreateFile()API函數(shù)，在程序開(kāi)始時(shí)必須調(diào)用;

　　(2) WD_Close()——釋放驅(qū)動(dòng)程序的句柄，它實(shí)際上是調(diào)用了CloseHandle()API函數(shù)，在程序結(jié)束時(shí)必須調(diào)用;

　　(3) WD_CardRegister()——負(fù)責(zé)插卡登記項(xiàng)目的建立和資源分配，資源包括I/O操作、內(nèi)存分配、中斷處理等。它調(diào)用了DeviceIOControl()API函數(shù);

　　(4) WD_CardUnRegister()——負(fù)責(zé)插卡登記項(xiàng)目的刪除和資源釋放，與前者相對(duì)應(yīng)，也調(diào)用了DeviceIOControl()API函數(shù);

　　(5) InterruptThreadEnable()-中斷使能，使能后可以接收中斷信號(hào)，調(diào)用Interrupt_handler()函數(shù)對(duì)中斷進(jìn)行相應(yīng)處理。在其中集成了CreateThread()API函數(shù);

　　(6) Interrupt_handler()-中斷處理函數(shù)，開(kāi)發(fā)者在這里加入自己對(duì)硬件的控制代碼。

　　(7) InterruptThreadDisable()-使中斷無(wú)效的函數(shù)，屏蔽掉中斷信號(hào)，不再對(duì)其進(jìn)行處理。在其中集成了WaitForSingleObject()和CloseHandle()這兩個(gè)API函數(shù)。

4 具體示例

　　下面給出一個(gè)用戶模式的具體示例。用VisualC++6編譯調(diào)試通過(guò)，在Windows9x和WindowsNT下系統(tǒng)運(yùn)行良好，在Windows2000下也能夠穩(wěn)定運(yùn)行。windrvr.h和windrvr.vxd、windrvr.sys由軟件提供，這里就不詳述。對(duì)于Windows9x系統(tǒng)，注意將windrvr.vxd拷貝到C:WindowsSystemVmm32目錄下;對(duì)于WindowsNT系統(tǒng)，注意將windrvr.sys拷貝到C：WINNTSystem32DRIVERS目錄下。Listen_Interupt.C程序框架如下，該程序?qū)崿F(xiàn)了中斷12的截獲:

　　Listen_Interupt.c源程序

　　//應(yīng)包含的頭文件

　　#include ″../../include/windrvr.h″

　　#include ″../../include/windrvr_int_thread.h″

　　#include

　　//設(shè)置自己的中斷號(hào)，這個(gè)例子為中斷12

　　enum {MY_IRQ=12}；

　　//建立全局的WinDriver句柄

　　HANDLE hWD；

　　//建立中斷結(jié)構(gòu)

　　WD_INTERRUPT Intrp；

　　Static char line[256]；

　　//中斷處理過(guò)程，你可以用pData來(lái)傳遞從InterruptThreadEnable()得來(lái)的信息

    VOID interrupt_handler(PVOID pData)

　　{

       //在這里加入你要做的中斷處理代碼

       printf(″截獲中斷的數(shù)目為%dn″，Intrp.dwCounter)；

　　}

　　//主函數(shù)

　　int main()

　　{

       WD_CARD_REGISTER cardReg；//建立插卡登記項(xiàng)目的一個(gè)實(shí)例

       WD_VERSION verBuf；

       hWD=WD_Open()；//獲得驅(qū)動(dòng)程序的句柄

　　if(hWD==INVALID_HANDLE_VALUE)

　　{

       printf(″打開(kāi)WINDRVR出現(xiàn)錯(cuò)誤!n″)；

       return0；

　　}

　　BZERO(verBuf)；

　　WD_Version(hWD，&verBuf)；

　　if(verBuf.dwVer

　　{

       printf(″WINDRVR版本不正確，這里需要的版本為:%dn″，WD_VER)；

       return0；

　　}

　　//初始化cardReg，這是程序的重要部分

　　BZERO(cardReg)；

　　cardReg.Card.dwItems=1；

　　cardReg.Card.Item[0].item=ITEM_INTERRUPT；

　　cardReg.Card.Item[0].fNotSharable=True；

　　cardReg.Card.Item[0].I.Int.dwInterrupt=MY_IRQ；

　　cardReg.Card.Item[0].I.Int.dwOptions=1；

　　cardReg.fCheckLockOnly=True；

　　WD_CardRegister(hWD，&cardReg)；

　　if(cardReg.hCard==0)

　　{

              printf(″無(wú)法鎖定設(shè)備!″)；

　　}

　　else

　　{

              HANDLE thread_handle；

              BZERO(Intrp)；

              Intrp.hInterrupt=cardReg.Card.Item[0].I.Int.hInterrupt；

              Intrp.Cmd=NULL；

              Intrp.dwCmds=0；

              Intrp.dwOptions=0；

              printf(″開(kāi)始中斷線程n″)；

              //這里調(diào)用WD_IntEnable()，并且建立一個(gè)中斷處理的線程

              if(!InterruptThreadEnable(&thread_handle，hWD，&Intrp，&interrupt_handler，NULL))

              {

                     printf(″中斷使能失敗!n″)；

              }

              else

              {

                     //callyourdrivercodehere

                            printf(″敲回車鍵不再進(jìn)行中斷截獲n″)；

                     gets(line)；

                     //這里調(diào)用禁止截獲中斷的函數(shù):WD_IntDisable()

                     InterruptThreadDisable(&thread_handle)；

                     }

                     //釋放所登記的資源

                     WD_CardUnregister(hWD，&cardReg)；

                     }

                     //刪除驅(qū)動(dòng)程序的句柄。

                     WD_Close(hWD)；

                     return0；

　　}

　　按照本文給出的技術(shù)方案，掌握必要的Windows編程技術(shù)，即可以成功地實(shí)現(xiàn)Windows環(huán)境下對(duì)硬件中斷的直接控制，很方便地在不同系統(tǒng)下進(jìn)行移植。實(shí)踐證明，這種方法是切實(shí)可行，行之有效的。