Windows設(shè)備驅(qū)動程序編寫時的主要問題及解決方案
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在PCI設(shè)備驅(qū)動程序的初始化過程中，利用指定器件識別號（device＿id)商識別號（vendor＿id）、檢索號（index）搜索PCI器件，通過調(diào)用PC IBIOS確認其存在，并確定其物理位置：總線號、器件號和功能號，這是該器件／功能在系統(tǒng)中的唯一尋址標志。利用總線號、器件號和功能號可以尋址該器件／功能的PCI配置空間（configuration space）。 接下來，設(shè)備驅(qū)動就需要從配置空間獲得硬件的參數(shù)。PCI設(shè)備的許多參數(shù)，包括所用的中斷號，端口地址的范圍I/O方式、存儲器的地址?存儲器映射方式?等，都可以從PCI配置空間的各基址所對應(yīng)的尋址空間中得到。讀寫配置空間可以調(diào)用BIOS中斷1AH，也可以先向配置空間地址寄存器?(0CF8H)寫入總線和設(shè)備號?在前面搜索PCI器件時得到的和寄存器號，再對配置空間數(shù)據(jù)寄存器?(0CFCH)進行讀寫。對設(shè)備驅(qū)動來說，最重要的是獲得基址寄存器(BADR)，不能認為PCI器件資源總是設(shè)計設(shè)備時設(shè)置的初值，系統(tǒng)可能會根據(jù)硬件情況為PCI設(shè)備分配新的資源。我們所設(shè)計的PCI設(shè)備使用的基址1-3都是按I/O空間映射的，而基址4是按內(nèi)存方式映射的。確定一個端口是按什么方式映射的，可以讀對應(yīng)端口的配置寄存器(Configuration Register)。讀出后，判斷其0位，如果0位為數(shù)值0，表示其是按內(nèi)存方式設(shè)置的，否則為I/O方式設(shè)置的。內(nèi)存方式和I/O方式的配置寄存器的含義參見文獻[３]。如果要獲得基址的大小，可以向基址寄存器寫入FFFFH，然后讀基址寄存器，如果是內(nèi)存方式，從第4位開始的0的數(shù)目表示基址的大小，如果是I/O方式，則從第2位開始的0的數(shù)目表示基址的大小。
? (２)?端口操作 在PC機上，I/O端口尋址空間和內(nèi)存尋址空間是不同的，所以處理方法也不同。I/O空間是一個64K字節(jié)的尋址空間，它不象內(nèi)存有實模式和保護模式之分，在各種模式下尋址方式相同。在Windows 9X下，用戶程序可以直接使用I/O指令，而不一定非通過專門的驅(qū)動程序來完成，所以如果軟件對硬件的操作完全是通過I/O端口操作來完成的，甚至可以不用專門設(shè)計驅(qū)動程序，直接由應(yīng)用程序來完成對硬件的控制。由于PCI總線是32位的總線標準，在進行I/O操作時通常要進行雙字(DWORD)操作，而且以前大多數(shù)C/C++編譯軟件都沒有提供雙字的函數(shù)，所以需要構(gòu)造雙字操作讀寫函數(shù)inpd/outpd。
在Windows NT下，系統(tǒng)不允許處于優(yōu)先級３級的用戶程序和用戶模式驅(qū)動程序直接使用I/O指令，如果使用了I/O指令將會導致特權(quán)指令意外(privileged instruction exception)。所以任何對I/O的操作都需要借助內(nèi)核模式驅(qū)動來完成。具體的做法有兩種：一是在驅(qū)動程序中使用IoReportResourceUsage報告資源占用，然后使用READ＿PORT＿XXX、WRITE＿PORT＿XXX函數(shù)讀寫，最后使用IoReportResourceUsage取消資源占用；另一種是驅(qū)動程序修改NT的I/OPermissions Map(IOPM)，以使系統(tǒng)允許用戶程序?qū)χ付ǖ腎/O端口進行操作，這時用戶程序采用通常的I/O指令進行操作。后者的優(yōu)點是速度快、用戶程序設(shè)計簡單，但犧牲了移植性，程序不能移植到非Intel的系統(tǒng)中，而且如果多個程序同時讀寫同一端口容易導致沖突。 ?
３?內(nèi)存的讀寫 Winsows工作在32位保護模式下，保護模式與實模式的根本區(qū)別在于CPU尋址方式上的不同，這也是Windows驅(qū)動程序設(shè)計中需要著重解決的問題。Windows采用了分段、分頁機制如圖１?，這樣使應(yīng)用程序產(chǎn)生一種錯覺，好象程序中可以使用非常大的物理存儲空間。這樣做最大的好處就是一個程序可以很容易地在物理內(nèi)存容量不一樣的、配置范圍差別很大的計算機上運行，編程人員使用虛擬存儲器可以寫出比任何實際配置的物理存儲器都大得多的程序。每個虛擬地址由16位的段選擇子和32位段偏移量組成。通過分段機制，系統(tǒng)由虛擬地址產(chǎn)生線性地址。再通過分頁機制，由線性地址產(chǎn)生物理地址。線性地址被分割成頁目錄(Page Directory)、頁表(Page Table)和頁偏移(Offset)三個部分。當建立一個新的Win32進程時，操作系統(tǒng)會為它分配一塊內(nèi)存，并建立它自己的頁目錄、頁表，頁目錄的地址也同時放入進程的現(xiàn)場信息中。當計算一個地址時，系統(tǒng)首先從CPU控制器CR3中讀出頁目錄所在的地址，然后根據(jù)頁目錄得到頁表所在的地址，再根據(jù)頁表得到實際代碼／數(shù)據(jù)頁的頁幀，最后再根據(jù)頁偏移訪問特定的單元。硬件設(shè)備讀寫的是物理內(nèi)存，但應(yīng)用程序讀寫的是虛擬地址，所以存在著將物理內(nèi)存地址映射到用戶程序線性地址的問題。
從物理地址到線性地址的轉(zhuǎn)換工作也是由驅(qū)動程序來完成的。在Windows 95下，使用DDK的VMMCall＿MapPhysToLinear進行地址映射。驅(qū)動程序的內(nèi)存映射部分主要是調(diào)用VxD的系統(tǒng)服務(wù)MapPhysToLinear。在VtoolsD中這個函數(shù)的定義如下：
PVOID MapPhysToLineag(CONST VOID * PhysAddr,DWORD nBytes,DWORD Flags); 其中第一個參數(shù)PhysAddr就是要映射的內(nèi)存的物理地址的起始位置，而nBytes是內(nèi)存區(qū)域的長度，F(xiàn)lags必須設(shè)置為0。這個函數(shù)返回的就是這段物理地址映射的線性內(nèi)存地址。如果指定的內(nèi)存不能存取，函數(shù)將返回FFFFFFFFH。 比如要映射物理內(nèi)存ED000000H開始的4096個字節(jié)，可以這樣做： PCHAR *PointerToPage=(PCHAR)MapPhysToLinear((PVOID)OxED000000,4096,0); 而將PointerToPage傳遞給調(diào)用驅(qū)動的用戶程序，在用戶程序中使用 DWORD *pFIFOBodyBase=(DWORD*)PointerToPage; 而這個PFIFOBodyBase指針就可以象普通的指針一樣進行讀寫操作，而通過對這個指針的操作就可以實現(xiàn)對物理內(nèi)存ED000000H進行讀寫。
在Windows NT下，首先調(diào)用IoReportResourceUsage請求使用設(shè)備的內(nèi)存。然后調(diào)用HalTranslateBusAddress轉(zhuǎn)換與總線相關(guān)的內(nèi)存為系統(tǒng)的物理內(nèi)存地址。再使用MmMapIoSpace把設(shè)備的內(nèi)存映射到虛擬空間。在設(shè)備驅(qū)動卸出時，調(diào)用MmUnmapIoSpace斷開設(shè)備的內(nèi)存和虛擬空間的連接。 ?
(４)?中斷的設(shè)置、響應(yīng)與調(diào)用 對中斷的設(shè)置、響應(yīng)與調(diào)用應(yīng)該在驅(qū)動程序中完成。
對中斷的調(diào)用?象前面調(diào)用BIOS的1AH中斷讀取配置寄存空間?可以由DDK的Exec＿Int完成。
PCI設(shè)備驅(qū)動程序應(yīng)當從PCI配置寄存器的中斷寄存器(INTLN)和中斷引腳寄存器(INTPIN)?中獲得有關(guān)中斷的信息。DDK還提供了響應(yīng)中斷事件的服務(wù)。如在Windows 95中，VPICD服務(wù)用來管理所有硬件中斷事件。PC機的硬件中斷需要確定硬件中斷的IRQ，對一個特定的IRQ中斷源，VPICD或者提供缺省的中斷處理函數(shù)，或者允許其它VxD重載中斷處理函數(shù)。在VtoolsD中，要處理硬件中斷應(yīng)該從VHardwareInt繼承一個類。在這個類中，VtoolsD提供了編寫中斷響應(yīng)程序所需的功能。
在Windows NT中，同VPICD對應(yīng)的中斷服務(wù)為中斷請求層(IRQL)。設(shè)備驅(qū)動首先使用HalGetInterrupuVector將與總線有關(guān)的中斷向量轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)的中斷向量，然后利用IoConnectInterrupu指定中斷服務(wù)。
３ 設(shè)備驅(qū)動的調(diào)用
編寫設(shè)備驅(qū)動并不是最終的目的，總是需要由用戶程序來調(diào)用驅(qū)動并實現(xiàn)一定的功能。一般調(diào)用設(shè)備驅(qū)動是使用CreateFile函數(shù)打開設(shè)備文件，得到一個文件句柄。具體到我們的設(shè)備
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