摘要：結合基于USB總線的數據采集設備，介紹了WDM驅動程序的工作原理，設計原則和設計方法，并給出一個實現塊傳輸的USB設備驅動程序例程，詳細的介紹了該例程的各個功能模塊。該例程性能穩(wěn)定，傳輸可靠，已應用于數據采集設備中。對系統的性能進行測試的結果表明：數據的傳輸過程達到了設計的要求。驅動程序設計過程的詳細介紹對USB專用設備驅動程序的設計和開發(fā)具有良好的參考應用價值。
關鍵詞：USB2．0協議；數據采集；WDM驅動程序

0 引言
    隨著計算機應用技術的發(fā)展，虛擬儀器、自動測試系統、自動控制等領域，均越來越多的應用計算機來進行數據處理。USB總線標準的提出，解決了計算機傳統I／O接口通用性差、不易擴展、易受計算機插槽數量、地址和中斷資源的限制等缺點，使計算機在測控領域的重要性與日俱增，也使USB總線在數采測控業(yè)界備受關注，并在各種測控設備中迅速發(fā)展，但專用的USB設備不能像鼠標、鍵盤等HID類設備一樣使用Windows系統提供的標準驅動程序，而是需要開發(fā)專用的驅動程序。開發(fā)驅動程序與開發(fā)Windows應用程序完全不同，驅動程序以系統的內核模式運行，任何細小的錯誤都可能引起操作系統的崩潰。因此，專用設備驅動程序開發(fā)的復雜性，成為了USB總線在該領域發(fā)展的瓶頸。隨著軍事裝備自動化、數字化、智能化程度越來越高，一種更為簡便的驅動程序開發(fā)方法的探討十分有益。基于軍用電站檢測儀中USB數據采集模塊的開發(fā)，介紹了USB專用設備驅動程序開發(fā)的一般過程。

1 WDM驅動程序概述
    WDM(windows driver mode)是微軟推出的一種驅動程序模型，以簡化驅動程序的開發(fā)。它采用分層驅動的方式，即在應用程序和物理設備之間存在著幾個不同層次的驅動程序，且各層驅動程序有不同的優(yōu)先級，每個驅動程序對應一層，不同層上的驅動程序可以相互調用。USB系統的組成如圖1所示：應用程序通過API函數調用Win32系統子函數，驅動程序分為設備驅動程序，總線驅動程序(USBD)和主控制器驅動程序(HCD)三層，它們均運行在系統的內核模式。設備驅動程序使用IRP(I／ORequest Packet)通過總線驅動程序提供的軟件接口(USBDI，USB Driver Interface)向總線驅動程序發(fā)出I／O請求，并根據數據傳輸方向提供一個或空或滿的內存緩沖區(qū)；USBD負責管理數據的總線傳輸，也有設備驅動程序與其他軟件接口的功能單元進行通信，沒有直接調用USBD，但總有一個更低層的驅動軟件發(fā)生USBD調用。主控制器驅動程序處在USB系統軟件的最底層，直接與主控制器的硬件通信，它提供了只有總線驅動程序才能訪問的主控制器驅動程序軟件接口HCDI(Host Control Driver Interface)。其中，總線驅動程序和主控制器驅動程序是系統的底層驅動程序。設備驅動程序是針對某一USB設備的專用驅動程序。

2 數據采集設備驅動程序的開發(fā)
    Windows為USB設備提供了底層驅動程序，與底層驅動程序接口的是I／O請求包(IRP)，Windows為應用程序提供的接口則是API函數。因此必須在它們之間建立一個驅動程序，在底層驅動與Win32應用程序之間傳遞消息，即設備驅動程序。VC++、VB等軟件開發(fā)的應用程序，在設備驅動程序的支持下，都可以調用ReadFile()、WriteFile()、DeviceIoControl()等API函數向設備傳遞主機請求。Windows系統自動將API調用轉化為IRP，設備驅動程序把它向下層驅動傳遞。直到完成其所指定的功能再沿驅動程序棧返回主機。
    設備驅動程序的開發(fā)
    開發(fā)設備驅動程序一般采用以下幾種方法：1)直接使用Windows DDK，這種方法開發(fā)難度較大，設計者必須對整個體系結構有很好的理解和把握。2)使用Driver Studio，該工具軟件可為設計者提供驅動程序的整體框架，設計者只需要專心于功能代碼設計。3)使用win Driver，這種方法開發(fā)驅動程序很容易，但工作效率不是很高。這里采用第二種方法。
    Driver Studio生成驅動程序框架主要由兩個類組成，一個是Driver類，另一個是Device類Driver類。
    1)Driver類用于初始化驅動程序，它包括：入口函數Driver Entry和Add Device函數。當設備驅動程序被加載時，操作系統調用Driver Entry函數；當創(chuàng)建設備對象并把它連接到設備堆棧時調用Add Device函數。函數代碼如下：

    2)Device類是設備類KDvice的派生類，這個類包含了電源管理、設備讀寫、設備控制等具有特定功能的例程。限于篇幅只介紹批量讀寫端點函數。

    INF文件的編寫
    INF文件是一個文本文件，它含有安裝一個設備驅動程序需要的所有必需的安裝信息。包括要復制的文件列表，要創(chuàng)建的注冊表項等。用以告訴系統安裝哪一個驅動程序，INF文件由若干區(qū)段組成，下面列出幾個區(qū)段及其功用：
    1)Version區(qū)段是INF文件的開始，其Class和ClassGuid指出了驅動程序所屬的設備類別及設備的GUID。GUID(Global Unique Identi-fier)用以標識不同的驅動程序，它是全局且唯一的，系統就是通過GUID把應用程序的I／O請求傳達給相應的驅動程序的。
    2)Mantifacturer區(qū)段指明供應商及其對應Models字節(jié)的名稱。
    3)Install．AddReg／Install．Services指明注冊表添加內容及安裝驅動的詳細信息。
    該驅動程序應用于數據采集模塊采集電站的電壓信號，部分采集數據如表1所示：

    測量誤差主要來源于模塊的A／D，與驅動無關系，數據傳輸結果表明：數據可以在該驅動下及時正確的傳輸，模塊工作正常。

3 結束語
    該設備驅動程序用于電站檢測儀中USB數據采集模塊的效果良好，用這種方法提高了開發(fā)效率，縮短了開發(fā)周期，使開發(fā)者可將主要精力集中于實現設備功能上，為非軟件專業(yè)開發(fā)者開發(fā)基于USB總線的檢測儀驅動提供了很好的借鑒。也為USB總線在測控領域的應用開創(chuàng)了光明的前景。相信以計算機為數據處理核心，以USB總線為數據通信方法的測控儀器將成為測控業(yè)發(fā)展主流。