精品文檔-下載后可編輯Windows98下硬件中斷虛擬設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的開(kāi)發(fā)

美國(guó)微軟公司出品的Windows98以其友好的圖形用戶(hù)界面，在我國(guó)贏得了廣泛的市場(chǎng)。在給廣大辦公環(huán)境工作人員帶來(lái)方便的同時(shí)，也給不少工程技術(shù)人員帶來(lái)了一些麻煩。一些原本在DOS下很容易編出的控制硬件的程序，現(xiàn)在在Windows98下就不那么容易實(shí)現(xiàn)了。作為一個(gè)完善的操作系統(tǒng)也必須能控制硬件，象DOS那樣直接與硬件打交道是Windows98不提倡的。它需要開(kāi)發(fā)專(zhuān)門(mén)的硬件設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，即通過(guò)一系列的虛擬設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序來(lái)管理硬件，如：進(jìn)行中斷響應(yīng)、I／O端口讀寫(xiě)或直接存儲(chǔ)器存取（DMA）。Windows98內(nèi)核管理機(jī)制非常復(fù)雜，因而編寫(xiě)虛擬驅(qū)動(dòng)程序也變得十分困難，要想編寫(xiě)虛擬驅(qū)動(dòng)程序，就必須對(duì)Windows98的內(nèi)核有所了解。

１Windows98的內(nèi)核管理機(jī)制

在Windows95三年后推出的Windows98雖然擴(kuò)充了許多新的設(shè)備驅(qū)動(dòng)特性，如對(duì)AGP、USB、DVD的支持，但在內(nèi)核上卻和Windows95基本一樣，它們都是基于DOS內(nèi)核的操作系統(tǒng)。Windows98系統(tǒng)（Kernel）由虛擬機(jī)管理器（VMM）和VxD（VirtualDeviceDriver）的集合組成。Kernel提供了900多個(gè)服務(wù)函數(shù)來(lái)管理內(nèi)存、控制物理設(shè)備、處理中斷、創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧、管理文件系統(tǒng)等，這些服務(wù)函數(shù)都可以被自己寫(xiě)的VxD調(diào)用。虛擬機(jī)（VM）是一個(gè)可運(yùn)行的任務(wù)，包含應(yīng)用程序、支撐軟件、內(nèi)存和CPU寄存器。在Windows98下有系統(tǒng)虛擬機(jī)和DOS虛擬機(jī)兩種。虛擬機(jī)管理器（VMM）是在系統(tǒng)級(jí)運(yùn)行的32位保護(hù)模式操作系統(tǒng)，它運(yùn)行于Ring0，而且不可重入。ＶＭＭ主要功能是創(chuàng)建、運(yùn)行、監(jiān)控和終止虛擬機(jī)。VxD即虛擬設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，是用來(lái)擴(kuò)展Windows操作系統(tǒng)功能的一類(lèi)程序。由于VxD運(yùn)行在系統(tǒng)的Ring0級(jí)，擁有與操作系統(tǒng)同等的級(jí)別，所以我們可利用它來(lái)支持硬件設(shè)備的管理。虛擬可編程中斷控制器（VPICD）是負(fù)責(zé)管理所有硬件中斷事件的程序，它本身也是一種VxD，能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)。

２Windows98下應(yīng)用程序權(quán)限級(jí)別

Intel的80ｘ86CPU系列芯片可在三種模式下工作：實(shí)模式、保護(hù)模式和V86模式。實(shí)模式是MS－DOS的運(yùn)行環(huán)境。Windows98只利用了兩種模式：保護(hù)模式和V86模式。保護(hù)模式給我們帶來(lái)很多優(yōu)越性，如應(yīng)用程序不再受1M內(nèi)存的限制，理論上，在保護(hù)模式下，CPU可以進(jìn)行4096M內(nèi)存的尋址。但在保護(hù)模式下，所有的應(yīng)用程序都有權(quán)限級(jí)別（PrivilegeLevel）。權(quán)限級(jí)別按優(yōu)先次序分為四等：0、1、2、3。0級(jí)是別，操作系統(tǒng)就運(yùn)行在0級(jí)，運(yùn)行在Ring0級(jí)的應(yīng)用程序可以執(zhí)行所有的指令并可直接對(duì)硬件、中斷和文件系統(tǒng)進(jìn)行物理訪(fǎng)問(wèn)。如果應(yīng)用程序擁有的權(quán)限級(jí)別是第３級(jí)，那么它能執(zhí)行的指令是有限的，對(duì)硬件的很多直接操作是不能實(shí)現(xiàn)的。在Windows中，一般的應(yīng)用程序是運(yùn)行在Ring3級(jí)的（如用VisualＣ＋＋、BorlandＣ＋＋、VisualBasic、Delphi、Ｃ＋＋Builder等SDK工具開(kāi)發(fā)出的應(yīng)用程序）。它們享有的權(quán)限是的，受到了保護(hù)模式的摫；它們沒(méi)有權(quán)限去繞過(guò)操作系統(tǒng)直接對(duì)硬件操作。

有了權(quán)限級(jí)別，操作系統(tǒng)就有機(jī)會(huì)在中斷和I／O操作上產(chǎn)生撔檳鈹效果。由于操作系統(tǒng)的權(quán)限為0級(jí)，它就可以捕獲權(quán)限不為0級(jí)的應(yīng)用程序的中斷和I／O請(qǐng)求，然后建立緩沖隊(duì)列，再一一進(jìn)行串行處理。為了使自己的應(yīng)用程序也能直接處理硬件，就需要編寫(xiě)專(zhuān)門(mén)的VxD。由于VxD是作為操作系統(tǒng)的組件運(yùn)行于第0級(jí)，因而可以利用它來(lái)捕獲特定的硬件操作，完成我們需要的任務(wù)。

３Windows98下虛擬設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的開(kāi)發(fā)工具和基本編程方法

微軟為驅(qū)動(dòng)程序的開(kāi)發(fā)提供了設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序工具箱（DDK），基于匯編語(yǔ)言的編程方式和許多VMM服務(wù)都使用寄存器的調(diào)用方式，確實(shí)非常難學(xué)，沒(méi)有深厚的匯編語(yǔ)言和硬件基礎(chǔ)很難在短時(shí)間里開(kāi)發(fā)出自己的VxD。

程序員可利用Ｃ或Ｃ＋＋語(yǔ)言編寫(xiě)自己的VxD，而不必操心許多繁瑣的細(xì)節(jié)。它的基本編程方法是：用VToolsD自帶的QuickVxD程序快速生成程序框架，在ＶＣ＋＋或BorlandＣ＋＋中打開(kāi)此框架的工程文件，并寫(xiě)進(jìn)特定的處理代碼，編譯后就可得到所需的VxD文件。

４一個(gè)中斷程序?qū)嵗?/p>

用VToolsD2.03、VC++5.0為自制的PC/XT總線(xiàn)擴(kuò)展卡開(kāi)發(fā)了虛擬設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序Audcard.d。該卡每20ms申請(qǐng)中斷，中斷由應(yīng)用程序動(dòng)態(tài)載入系統(tǒng)的Audcard.d響應(yīng)并加以處理。中斷服務(wù)程序ISR（InterruptServiceRoutine）結(jié)束后，調(diào)用函數(shù)Shell_PostMessage（）向應(yīng)用程序窗口發(fā)送自定義消息。應(yīng)用程序接受消息后，再通過(guò)函數(shù)DeviceIoControl（）與VxD的接口函數(shù)OnW32DeviceIoControl（）互傳緩沖區(qū)數(shù)據(jù)。程序結(jié)束即可動(dòng)態(tài)卸載VxD。

當(dāng)中斷發(fā)生時(shí)，處理器轉(zhuǎn)換為ring0級(jí)保護(hù)模式。Windows系統(tǒng)并不像DOS那樣通過(guò)中斷描述符表IDT（InterruptDescriptorTable）直接指向中斷處理過(guò)程，而是由IDT入口指向VMM中的程序。該程序?qū)⑴袛嗍欠駷橹袛嗾{(diào)用，如果是，則把中斷控制權(quán)交給虛擬可編程中斷控制器VPICD（VirtualProgrammableInterruptControllerDevice），VPICD實(shí)際上是一個(gè)重要的VxD。VPICD再將其交給另一個(gè)注冊(cè)了該中斷的VxD（如Audcard.d）來(lái)處理。VxD程序是通過(guò)調(diào)用VPICD服務(wù)VPICD_Virtualize_IRQ來(lái)注冊(cè)中斷的。

虛擬設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序Audcard.d的部分源代碼Audcard.h和Audcard.cpp在網(wǎng)上，此應(yīng)用程序使用了下列函數(shù)：CreateFile（）動(dòng)態(tài)加載VxD、CloseHandle（）并動(dòng)態(tài)卸載VxD、PreTranslateMessage（）截獲消息、DeviceIoControl（）與VxD互傳緩沖區(qū)數(shù)據(jù)。虛擬設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序Audcard.d經(jīng)調(diào)試后工作正常，未發(fā)生過(guò)任何丟失數(shù)據(jù)或死機(jī)的現(xiàn)象。

下面是虛擬設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序Audcard.d的部分源代碼Audcard.h和Audcard.cpp，限于篇幅，由QuickVxD自動(dòng)生成的Audcard.mak未列出。

①Audcard.h

//AUDCARD.h-includefileforVxDAUDCARD

#include

#defineDEVICE_CLASSAudcardDevice

#define

AUDCARD_DeviceIDUNDEFINED_DEVICE_ID

#defineAUDCARD_Init_Order

UNDEFINED_INIT_ORDER#defineAUDCARD_Major

#defineAUDCARD_Minor0

#defineMY_IRQ5//定義5號(hào)中斷

classMyHwInt:publicVHardwareInt

{

public:

MyHwInt（）：VHardwareInt（MY_IRQ,0,0,0）{}

virtualVOIDOnHardwareInt（VMHANDLE）；

};

classAudcardDevice:

publicVDevice

{

public:

virtualBOOL

OnSysDynamicDeviceInit（）；

virtualBOOLOnSysDynamicDeviceExit（）；

virtualDWORDOnW32DeviceIoControl（PIOCTLPARAMSpDIOCParams）；

MyHwInt*pMyIRQ;

};

classAudcardVM:public

VVirtualMachine

{

public:

AudcardVM（VMHANDLEhVM）；

};

classAudcardThread:publicVThread

{

public:

AudcardThread（THREADHANDLEhThread）；

};

②Audcard.cpp

//AUDCARD.cpp-mainmoduleforVxDAUDCARD

#defineDEVICE_MAIN

#include"audcard.h"

Declare_Virtual_Device（AUDCARD）

#defineWM_USER_POSTD

0x1000

//自定義消息

#undefDEVICE_MAIN

AudcardVM::AudcardVM（VMHANDLEhVM）:VVirtualMachine（hVM）{}

AudcardThread::AudcardThread（THREADHANDLEhThread）:

VThread（hThread）{}

BOOLAudcardDevice::OnSysDynamicDeviceInit（）

//動(dòng)態(tài)加載時(shí)初始化

{

……//硬件初始化

pMyIRQ=newMyHwInt（）；

if（pMyIRQpMyIRQ-hook（））//掛接中斷

{

pMyIRQ-physicalUnmask（）；//允許中斷

returnTRUE;

}

elsereturnFALSE;

}

BOOL

AudcardDevice::OnSysDynamicDeviceExit（）

//動(dòng)態(tài)卸載過(guò)程

{

deletepMyIRQ;

returnTRUE;

}

DWORD

AudcardDevice::OnW32DeviceIoControl（PIOCTLPARAMSpDIOCParams）

//與Win32應(yīng)用程序的接口函數(shù)

{

……

}

VOID

MyHwInt::OnHardwareInt（VMHANDLEhVM）

{

……//中斷處理

SHELL_PostMessage（AppWnd,WM_USER_POSTD,0,0,0,NULL）；

//向應(yīng)用程序窗口發(fā)送消息

sendPhysicalEOI（）；//通知VPICD中斷結(jié)束

}

用VToolsD2.03、VC++5.0為自制的PC/XT總線(xiàn)擴(kuò)展卡開(kāi)發(fā)了虛擬設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序Audcard.d。該卡每20ms申請(qǐng)中斷，中斷由應(yīng)用程序動(dòng)態(tài)載入系統(tǒng)的Audcard.d響應(yīng)并加以處理。中斷服務(wù)程序ISR（InterruptServiceRoutine）結(jié)束后，調(diào)用函數(shù)Shell_PostMessage（）