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浅析设备驱动程序通知应用程序的几种方法

2015-07-04 20:27 来源:学术参考网 作者:未知
论文关键词:设备驱动程序异步i/ovirtualdevicedriver(vxd)windowsdrivermodel(wdm)

  论文摘要:在目前流行的windows操作系统中,设备驱动程序是操纵硬件的最底层软件接口。为了共享在设备驱动程序设计过程中的经验,给出设备驱动程序通知应用程序的5种方法,详细说明每种方法的原理和实现过程,希望能够给设备驱动程序的设计者提供一些帮助。
  
  
  为了保证操作系统的安全性和稳定性以及应用程序的可移植性,windows操作系统不允许应用程序直接访问系统的硬件资源,而是必须借助于相应的设备驱动程序。设备驱动程序可以直接操作硬件,如果应用程序和设备驱动程序之间实现了双向通信,也就达到了应用程序控制底层硬件设备的目的。它们之间的通信包括两个方面:一方面是应用程序传送给设备驱动程序的数据;另一方面是设备驱动程序发送给应用程序的消息。前者的实现较容易,通过createfile()函数获取设备驱动程序的句柄后,就可以使用win32函数,如deviceiocontrol()、readfile()或writefile()等实现应用程序与设备驱动程序之间的通信。后者的实现远比前者复杂,同时介绍这方面情况的文章较少。这不等于说它不重要,相反,它在有些应用场合发挥着重要的作用。设备驱动程序完成数据的采集工作后,需要马上通知应用程序,以便应用程序能够及时将数据取走并进行处理。WWw.133229.coM诸如此类情况,不一而足。
  鉴于设备驱动程序通知应用程序的重要性,本人结合一些经验,对它进行了总结,归纳出5种方法:异步过程调用(apc)、事件方式(vxd)、消息方式、异步i/o方式和事件方式(wdm)。下面分别说明这几种方式的原理,并给出实现的部分源代码。
  
  1异步过程调用(apc)
  
  win32应用程序使用createfile()函数动态加载设备驱动程序,然后定义一个回调函数backfunc(),并且将回调函数的地址&backfunc()作为参数,通过deviceiocontrol()传送给设备驱动程序。设备驱动程序获得回调函数的地址后,将它保存在一个全局变量(如callback)中,同时调用get_cur_thread_handle()函数获取它的应用程序线程的句柄,并且将该句柄保存在一个全局变量(如appthread)中。当条件成熟时,设备驱动程序调用_vwin32_queueuserapc()函数,向win32应用程序发送消息。这个函数带有三个参数:第一个参数为回调函数的地址(已经注册);第二个参数为传递给回调函数的消息;第三个参数为调用者的线程句柄(已经注册)。win32应用程序收到消息后,自动调用回调函数(实际是由设备驱动程序调用)。回调函数的输入参数是由设备驱动程序填入的,回调函数在这里主要是对消息进行处理。
  
  2事件方式(vxd)
  
  首先,win32应用程序创建一个事件的句柄,称其为ring3句柄。由于虚拟设备驱动程序使用事件的ring0句柄,因此,需要创建ring0句柄。用loadlibrary()函数加载未公开的动态链接库kernel32.dll,获得动态链接库的句柄。然后,调用getprocaddress(),找到函数openvxdhandle()在动态链接库中的位置。接着,用openvxdhandle()函数将ring3事件句柄转化为ring0事件句柄。win32应用程序用createfile()函数加载设备驱动程序。如果加载成功,则调用deviceiocontrol()函数将ring0事件句柄传给vxd;同时,创建一个辅助线程等待信号变成有信号状态,本身则可去干其它的事情。当条件成熟时,vxd置ring0事件为有信号状态(调用_vwin32_setwin32event()函数),这马上触发对应的ring3事件为有信号状态。一旦ring3事件句柄为有信号状态,win32应用程序的辅助线程就对这个消息进行相应的处理。
  
  3消息方式
  
  win32应用程序调用createfile()函数动态加载虚拟设备驱动程序。加载成功后,通过调用deviceiocontrol()函数将窗体句柄传送给vxd,vxd利用这个句柄向窗体发消息。当条件满足时,vxd调用shell_postmessage()函数向win32应用程序发送消息。要让该函数使用成功,必须用#define来自定义一个消息,并且也要照样在应用程序中定义它;还要在消息循环中使用on_message()来定义消息对应的消息处理函数,以便消息产生时,能够调用消息处理函数。shell_postmessage()函数的第一个参数为win32窗体句柄,第二个参数为消息id号,第三、四个参数为发送给消息处理函数的参数,第五、六个参数为回调函数和传给它的参数。win32应用程序收到消息后,对消息进行处理。

  4异步i/o方式
  
  win32应用程序首先调用createfile()函数加载设备驱动程序。在调用该函数时,将倒数第2个参数设置为file_attribute_normal|file_flag_overlapped,表示以后可以对文件进行重叠i/o操作。当设备驱动程序文件创建成功后,创建一个初始态为无信号、需要手动复位的事件,并且将这个事件传给类型为overlapped的数据结构(如overlapped)。然后,将overlapped作为一个参数,传给deviceiocontrol()函数。设备驱动程序把这个i/o请求包(irp)设置为挂起状态,并且设置一个取消例程。如果当前irp队列为空,则将这个irp传送给startio()例程;否则,将它放到irp队列中。设备驱动程序做完这些工作后,结束这个deviceiocontrol()的处理,于是win32应用程序可能不等待irp处理完,就从deviceiocontrol()的调用中返回。通过判断返回值,得到irp的处理情况。如果当前irp处于挂起状态,则主程序先做一些其它的工作,然后调用waitforsingleobject()或waitformultipleobject()函数等待overlapped中的事件成为有信号状态。设备驱动程序在适当的时候处理排队的irp,处理完成后,调用iocompleterequest()函数。该函数将overlapped中的事件设置为有信号状态。win32应用程序对这个事件马上进行响应,退出等待状态,并且将事件复位为无信号状态,然后调用getoverlappedresult()
  函数获取irp的处理结果。
  
  5事件方式(wdm)
  
  win32应用程序首先创建一个事件,然后将该事件句柄传给设备驱动程序,接着创建一个辅助线程,等待事件的有信号状态,自己则接着干其它事情。设备驱动程序获得该事件的句柄后,将它转换成能够使用的事件指针,并且把它寄存起来,以便后面使用。当条件具备后,设备驱动程序将事件设置为有信号状态,这样应用程序的辅助线程马上知道这个消息,于是进行相应的处理。当设备驱动程序不再使用这个事件时,应该解除该事件的指针。
  
  6结语
  
  在目前流行的windows操作系统中,设备驱动程序是操纵硬件的最底层软件接口。它向上提供与硬件无关的用户接口,向下直接进行i/o、硬件中断、dma和内存访问等操作。它将应用程序与硬件细节屏蔽开来,使软件不依赖于硬件并且可在多个不同的平台之间移植。本文介绍了5种设备驱动程序通知应用程序的方法,其中前3种方法主要用于vxd中,后2种方法主要用于wdm。这5种方法都经过实际测试。测试结果表明,它们都能够达到设备驱动程序通知应用程序的目的。
  
  参考文献:
  [1]欧青立,徐建波,李方敏,等.虚拟设备驱动程序vxd的研究与开发.计算机工程,2003
  [2](美)chriscant.windowswdm设备驱动程序开发指南.孙义,马莉波,国雪飞等译.北京:机械工业出版社2000
  [3]李和平.基于dsp的ict图像重建系统研究.北京:北京航空航天大学机械工程及自动化学院,2002
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