姜靈利

摘 要：當(dāng)前的電腦操作系統(tǒng)中Windows的應(yīng)用最為廣泛，作為操作硬件最基礎(chǔ)的軟件接口，設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序具有重要的作用。文章主要針對(duì)當(dāng)前所使用的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了討論，給出了五種通知應(yīng)用程序方案，并針對(duì)其原理進(jìn)行了分析，希望能夠同廣大設(shè)計(jì)者進(jìn)行交流共同促進(jìn)程序的完善和進(jìn)步。

關(guān)鍵詞：設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序；應(yīng)用程序；方法C

在操作系統(tǒng)的應(yīng)用中，穩(wěn)定性是系統(tǒng)的基礎(chǔ)性要求，另外要求系統(tǒng)應(yīng)用程序具有可移植特性，但是在Windows系統(tǒng)中，應(yīng)用程序無法直接進(jìn)行硬件資源的訪問，而是需要通過設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。而硬件設(shè)備由驅(qū)動(dòng)程序進(jìn)行直接操作，應(yīng)用程序想要控制硬件設(shè)備便需要同驅(qū)動(dòng)程序之間形成雙向通訊。該雙向通訊主要包含兩方面內(nèi)容。首先是應(yīng)用程序需要向驅(qū)動(dòng)程序進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸；其次，則是驅(qū)動(dòng)程序向應(yīng)用程序進(jìn)行消息的傳遞。二者相比較，應(yīng)用程序向驅(qū)動(dòng)程序進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)妮^容易實(shí)現(xiàn)，只需要CreateFile函數(shù)將驅(qū)動(dòng)程序句柄獲得后，就可以使用。而后期，驅(qū)動(dòng)程序在完成對(duì)設(shè)備的控制后，需要進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集，繼而通知應(yīng)用程序，將數(shù)據(jù)傳遞走。

驅(qū)動(dòng)程序在完成數(shù)據(jù)的收集后，對(duì)應(yīng)用程序的通知具有重要的作用，因而結(jié)合實(shí)際系統(tǒng)運(yùn)行情況以及應(yīng)用狀況，文章對(duì)該環(huán)節(jié)進(jìn)行了總結(jié)，提出了五種方法，在以下內(nèi)容中予以說明。主要針對(duì)APC、VxD、消息方式以及異步I/O和WDM五種方式的原理展開了探討。

1 APC

APC即通?？s成的異步過程調(diào)用方式，在應(yīng)用過程中通過CreateFile函數(shù)，Win32系統(tǒng)對(duì)驅(qū)動(dòng)程序進(jìn)行動(dòng)態(tài)加載，繼而采用backFunc函數(shù)進(jìn)行定義，同時(shí)將該函數(shù)地址通過DeviceIoControl作為參數(shù)傳遞至驅(qū)動(dòng)程序。獲取地址后，驅(qū)動(dòng)程序會(huì)將該參數(shù)保存在全局變量中，并對(duì)應(yīng)用程序線程句柄進(jìn)行獲取，通過對(duì)Get_Cur_Thread_

Handle函數(shù)的調(diào)用，得到句柄后，將其保存在全局變量中，當(dāng)滿足應(yīng)用個(gè)條件后，調(diào)用VWIN32_QueueUserApc函數(shù)，進(jìn)行消息的發(fā)送，完成同應(yīng)用程序的通訊。需要注意的是該函數(shù)所具有的參數(shù)摘要數(shù)量為三，其中兩個(gè)為已經(jīng)注冊(cè)的參數(shù)。當(dāng)消息為應(yīng)用程序鎖接收后，應(yīng)用程序會(huì)自動(dòng)對(duì)回調(diào)函數(shù)進(jìn)行調(diào)用?；卣{(diào)函數(shù)的主要作用為處理消息，由驅(qū)動(dòng)程序?qū)ζ鋮?shù)進(jìn)行輸入。

2 VxD

所謂的VxD方式即事件方式，該種方式的應(yīng)用需要應(yīng)用程序首先進(jìn)行時(shí)間句柄的創(chuàng)建，通過Win32程序創(chuàng)建的句柄被稱作Ring3句柄。虛擬驅(qū)動(dòng)往往會(huì)使用Ring0句柄，因此需要該句柄的創(chuàng)建。其中，動(dòng)態(tài)鏈接庫Kernel32.dll為非公開動(dòng)態(tài)鏈接庫，由LoadLibrary函數(shù)進(jìn)行加載，從而得到其句柄。并在動(dòng)態(tài)鏈接庫中確定OpenVxDHandle函數(shù)，通過調(diào)用GetProcAddress予以實(shí)現(xiàn)。繼而進(jìn)行Ring3句柄和Ring0句柄之間的轉(zhuǎn)換，由OpenVxDHandle函數(shù)實(shí)現(xiàn)。通過CreateFile函數(shù)應(yīng)用程序即可完成對(duì)驅(qū)動(dòng)程序的加載。完成上述步驟后，將RING0時(shí)間句柄通過相關(guān)函數(shù)向事件方式進(jìn)行傳遞；并進(jìn)行輔助線程的創(chuàng)建，待信號(hào)接通。一旦滿足條件，那么VxD中Ring0事件會(huì)觸發(fā)Ring3事件信號(hào)。那么該種情況下，應(yīng)用程序就可以對(duì)該消息進(jìn)行接受處理，從而完成應(yīng)用程序同驅(qū)動(dòng)程序之間的數(shù)據(jù)、信息交流，達(dá)到對(duì)基層硬件的控制目的。

3 消息方式

通過CreateFile函數(shù)的調(diào)用，應(yīng)用程序可以對(duì)驅(qū)動(dòng)程序予以動(dòng)態(tài)加載。完成加載后，通過相關(guān)函數(shù)調(diào)用將句柄傳至VxD，繼而通過該句柄對(duì)窗體進(jìn)行消息發(fā)送。完成上述內(nèi)容后，通過對(duì)SHELL_Pos

tMessage函數(shù)的調(diào)用，VxD可以完成同應(yīng)用程序之間的消息傳送。并通過對(duì)消息的自定義保證函數(shù)的成功應(yīng)用，并且其定義同樣需要在應(yīng)用程序中進(jìn)行；另外對(duì)于定義的消息處理函數(shù)需要在循環(huán)中予以定義，從而快速對(duì)其進(jìn)行處理。應(yīng)用程序窗體句柄為SHELL_PostMessage函數(shù)的第一個(gè)參數(shù)，而第二個(gè)參數(shù)則作為Win32的消息ID號(hào)，剩余參數(shù)用作處理發(fā)送消息的函數(shù)參數(shù)以及回調(diào)函數(shù)參數(shù)。應(yīng)用程序完成消息的接收后對(duì)其進(jìn)行處理。

4 異步I/O方式

Win32應(yīng)用程序首先調(diào)用CreateFile函數(shù)加載設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。在調(diào)用該函數(shù)時(shí)，將倒數(shù)第2個(gè)參數(shù)設(shè)置為FILE_ATTRIBUTE_NO

RMAL|FILE_FLAG_OVERLAPPED，表示以后可以對(duì)文件進(jìn)行重疊I/O操作。當(dāng)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序文件創(chuàng)建成功后，創(chuàng)建一個(gè)初始態(tài)為無信號(hào)、需要手動(dòng)復(fù)位的事件，并且將這個(gè)事件傳給類型為OVERLAPPED的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。然后，將Overlapped作為一個(gè)參數(shù)，傳給DeviceIoControl函數(shù)。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序把這個(gè)I/O請(qǐng)求包（IRP）設(shè)置為掛起狀態(tài)，并且設(shè)置一個(gè)取消例程。假如當(dāng)前IRP隊(duì)列為空，則將這個(gè)IRP傳送給StartIo例程；否則，將它放到IRP隊(duì)列中。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序做完這些工作后，結(jié)束這個(gè)DeviceIoControl的處理，于是Win32應(yīng)用程序可能不等待IRP處理完，就從DeviceIoControl的調(diào)用中返回。通過判定返回值，得到IRP的處理情況。假如當(dāng)前IRP處于掛起狀態(tài)，則主程序先做一些其他的工作，然后調(diào)用WaitForSingleObject或WaitForMultipleObject函數(shù)等待Overlapped中的事件成為有信號(hào)狀態(tài)。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候處理排隊(duì)的IRP，處理完成后，調(diào)用IoCompleteRequest函數(shù)。完成上述步驟后，該函數(shù)會(huì)對(duì)Overlapped信號(hào)狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整，使得其時(shí)間信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)橛行盘?hào)狀態(tài)。而應(yīng)用程序根據(jù)信號(hào)狀態(tài)的轉(zhuǎn)變會(huì)立刻進(jìn)行相應(yīng)，不再進(jìn)行等待，同時(shí)將事件信號(hào)狀態(tài)進(jìn)行復(fù)位，使之恢復(fù)為無信號(hào)，繼而對(duì)GetOverlappedResult進(jìn)行調(diào)用。

5 WDM

該方式即事件方式，由應(yīng)用程序首先進(jìn)行事件的創(chuàng)建，繼而將句柄傳至驅(qū)動(dòng)程序，完成事件句柄的傳送后，創(chuàng)建輔助線程。待事件信號(hào)狀態(tài)轉(zhuǎn)變。驅(qū)動(dòng)程序獲得由應(yīng)用程序傳輸?shù)木浔?，將其轉(zhuǎn)換為事件指針并寄存，方便其對(duì)硬件設(shè)備的控制使用。當(dāng)具有操作條件后，驅(qū)動(dòng)程序會(huì)改變事件信號(hào)狀態(tài)，則應(yīng)用程序會(huì)接受到該消息，并進(jìn)行處理，由輔助線程進(jìn)行傳輸。此外需要注意，若該程序事件不能再被使用，那么應(yīng)當(dāng)將指針解除。

6 結(jié)束語

當(dāng)前的操作系統(tǒng)中，作為硬件的操作接口，驅(qū)動(dòng)程序起到了關(guān)鍵作用。通過驅(qū)動(dòng)程序能夠進(jìn)行I/Ohuozhe DMA、甚至是終端硬件以及內(nèi)存訪問，而向上則可以提供用戶接口。通過驅(qū)動(dòng)程序?qū)⒂布瑧?yīng)用程序分開，從而使得軟件具有可移植性，而不依賴于硬件。文章通過對(duì)五種驅(qū)動(dòng)程序同應(yīng)用程序支架的通知方法進(jìn)行了分析。前三種方式應(yīng)用基礎(chǔ)主要為VxD，而后兩種則是WDM。通過實(shí)際的應(yīng)用可以表明，這五種通知方式都能夠保證驅(qū)動(dòng)程序?qū)?yīng)用程序進(jìn)行信息的通知傳遞。

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