PCI设备的WDM驱动程序设计-9052.docVIP

PCI设备的WDM驱动程序设计 柳泉 罗耀华 柳华伟 摘要：本文详细地讨论了利用DDK开发PCI设备的WDM驱动程序的设计原理、方法及在设计中注意事项，实现了以芯片PCI9052开发的PCI卡的具有内存和I/O读写及中断处理的WDM驱动程序。 关键字：PCI，WDM，驱动程序，DDK 在Windows操作系统中，为了保证系统的安全性和可移植性，对应用程序对硬件的操作进行了限制，尤其Windows 2000和Windows XP，不支持直接对系统的硬件资源的操作。因而在设计开发PCI设备时，需要开发相应的驱动程序来实现对PCI设备的操作，用户应用程序通过驱动程序来访问PCI设备。 由于计算机硬件设备都存在不同的特点，因此各种设备的驱动程序也都有自己的特点，比如PCI设备、USB设备等等。尽管在整体框架中基本相同，但设备功能上不同，因此本文以PCI桥芯片PCI9052开发的PCI卡为硬件设备，来探讨PCI设备的驱动程序的开发。 驱动程序类型和开发工具的选择 在WINDOWS操作系统下，支持PCI总线及其设备的驱动程序类型有支持Windows 98/95的VxD、支持Windows NT的NT式驱动程序和支持Windows 2000、Windows XP和Windows 98的WDM（Windows Driver Model）。前两种驱动程序类型由于其支持的操作系统的逐渐淘汰而淘汰。现在主流的操作系统是Windows 2000和Windows XP，因此开发PCI设备的驱动程序最好的方案是WDM驱动程序。在一个系统中开发出WDM驱动程序，稍加修改即可在其他系统中编译运行。 WDM是在Windows NT驱动程序体系的基础上即插即用、电源管理设备栈采用了分层的驱动程序体系 图1 通用PCI总线的WDM驱动程序栈 在实际开发中，一般无需分很多层次，只需要开发一个设备驱动程序即可。设备驱动程序直接与PCI总线驱动程序打交道，进行硬件操作，以实现PCI设备的功能。 WDM驱动程序的设计 在PCI设备的WDM驱动程序中，一般是编写功能驱动程序。PCI总线驱动程序由操作系统实现，过滤驱动程序一般在特殊的情况下需要编写。因此本文只讨论PCI设备功能驱动程序的设计。在PCI设备功能驱动程序中，需要处理PCI设备的内存、端口的读写、中断处理和DMA数据传输，实现PCI设备的功能，因此，PCI设备功能驱动程序是很标准的WDM设备驱动程序。 PCI设备驱动程序在框架上与其他类型的设备驱动程序基本相同，包括初始化、创建设备、卸载和删除设备、即插即用处理、分发例程处理、电源管理、WMI等部分，限于篇幅，在此只讨论PCI设备的特别之处。 （1）PCI设备资源的获得 PCI设备的硬件资源是由PCI配置机构动态分配的，由PCI设备实现PCI配置寄存器，提出需要分配的硬件资源，由PCI配置机构分配资源。驱动程序需要取得这些资源，才能操作硬件。因此，PCI设备的硬件资源分配与管理是驱动程序中很重要的部分。硬件资源主要包括映射内存空间、I/O空间、中断。在WDM体系中，取得这些资源有四种方法：读写PCI配置寄存器、调用硬件抽象层（HAL）函数、向PCI总线驱动程序发送读写配置IRP和向PCI总线驱动程序传递开启设备IRP。第一种方法通过读写PCI总线配置I/O寄存器，来取得PCI设备的配置信息，其中包括资源的分配。这种方法需要将几乎所有的PCI设备枚举一遍，考虑到这种方法是对公共寄存器的读写，不利于系统的安全性，最好不使用这种方法，但是在调试PCI设备硬件时是个很好的方法。第二种方法通过调用函数HalGetBusData和HalGetBusDataByOffset来实现的，但是这种方法是为了能够与Windows NT的驱动程序兼容，而保留下来的方法，不推荐使用，其功能被第三种方法取代。在WDM体系中，总线驱动程序必须实现总线上设备的管理功能。PCI总线驱动程序实现了对PCI设备资源的枚举，设备驱动程序通过向PCI总线驱动程序传递设备配置IRP_MJ_PNP，经总线驱动程序的处理后，设备驱动程序得到PCI设备的资源信息。第四种方法是推荐的方法，当系统的PNP管理器在取得设备的资源后会自动向驱动程序发出IRP_MN_START_DEVICE的IRP，在该IRP栈中包含了设备的资源信息。好的驱动程序都应该使用这种方法，在此主要讨论该方法。 每个支持PNP功能的驱动程序，都应实现IRP_MN_START_DEVICE处理。在该IRP处理中应先交给低层驱动程序处理后，再根据IRP栈内内容进行资源分配。如下： NTSTATUS PnpStartDevice(IN PDEVICE_OBJECT fdo, IN PIRP pIrp ) { NTSTATUS