Windows CE下驅動程序開發基礎

 Windows CE下驅動程序開發基礎

http://www.blogcn.com/u2/60/72/winceboy/blog/39329536.html

我想即使讀者看過微軟的關於驅動開發的培訓教材和CE幫助文檔中的驅動部分，頭腦中仍然一片茫然。要想真正瞭解驅動程序必須結合一些驅動程序源碼，在此我以串口驅動程序（COM16550）中初始化過程爲線索簡單講一講驅動開發的基礎知識。

　　Windows CE下的串口驅動程序能夠處理所有I/O行爲類似串口的設備，包括基於16450、16550 UART（通用異步收發芯片）的設備和一些採用DMA的設備，常見的有9針串口、紅外I/O口、Modem等。在%_WINCEROOT%/Public/Common/OAK/Drivers/Serial目錄下，COM_MDD2子目錄包含新的串口驅動MDD層函數代碼。COM16550子目錄包含串口驅動PDD層代碼。SER16550子目錄包含的一系列函數專用於控制與16550兼容的UART，這樣PDD層的主要工作就是調用SER16550中的函數。還有一個ISR16550子目錄包含的是串口驅動程序專用的可安裝ISR（中斷服務例程），而很多硬件設備驅動程序採用CE默認的可安裝ISR giisr.dll。一般串口設備相應的註冊表設置例子及意義如下：

[HKEY_LOCAL_MACHINE/Drivers/BuiltIn/Serial_1] 

鍵 意義 
"SysIntr"=dword:13 串口1的中斷ID爲十進制13 
"IoBase"=dword:02F8 串口1的IO空間首地址爲十六進制2F8 
"IoLen"=dword:8  串口1的IO空間長度爲8個字節 
"DeviceArrayIndex"=dword:0 串口1的索引，是1的由來 
"Order"=dword:0 串口1驅動的加載順序 
"DeviceType"=dword:0 串口1的設備類型 
"DevConfig"=hex: 10,00 .... 串口1在與Modem設備通訊時的配置，如波特率、奇偶校檢等 
"FriendlyName"="COM1:" 串口1在撥號程序中顯示的名字 
"Tsp"="Unimodem.dll" 串口1 被用於與Modem設備通訊的時候要加載的TSP（TAPI Service provider）DLL 
"Prefix"="COM" 串口1的流接口的前綴 
"Dll"="com16550.Dll" 串口1的驅動程序DLL 

　　SysIntr由CE在文件Nkintr.h中預定義，用於唯一標識中斷設備。OEM可以在文件Oalintr.h中定義自己的SysIntr。常見的預定義SysIntr有SYSINTR_NOP（中斷只由ISR處理，IST不再處理），SYSINTR_RESCHED（重新調度線程），SYSINTR_DEVICES（由CE預定義的設備中斷ID的基值），SYSINTR_PROFILE、SYSINTR_TIMING、SYSINTR_FIRMWARE等都是基於SYSINTR_DEVICES定義的。IoBase是串口1的IO地址空間的首地址，IoLen是IO空間的大小。IO地址空間只存在於x86平臺，如果在其它平臺硬件寄存器必須映射到物理地址空間，那子鍵的名稱爲MemBase和MemLen。在x86平臺更多硬件的寄存器由於IO空間的侷限也映射到物理地址空間。DeviceArrayIndex是設備的索引，用於區分同類型的設備。Prefix是流驅動程序的前綴，當應用程序調用CreateFile函數傳遞COM1:參數時，文件系統負責與串口驅動程序通信，串口驅動程序是在CE啓動時由device.exe加載的。

　　下面從MDD層函數COM_Init開始探索串口驅動的初始化過程。COM_Init是在串口設備被檢測後由設備管理器device.exe調用的，主要的作用是初始化設備，它的唯一參數Identifier是由device.exe傳遞的，其類型是一個字符串指針，字符串的內容是HLM/Drivers/Active/xx，xx是一個十進制數（device.exe會跟蹤系統中每個驅動程序，把加載的驅動程序記錄在Active鍵下）。

　　COM_Init先分配一個HW_INDEP_INFO結構體，這個結構體是獨立於串口硬件的頭信息（MDD、PDD、SER16550都包含自己獨特的結構體，具體的結構體定義請參見串口驅動源碼），分配之後再初始化結構體中每個成員，初始化結構體後調用 OpenDeviceKey((LPCTSTR)Identifier)打開HLM/Drivers/Active/xx/Key包含的註冊表路徑，在這裏路徑一般爲HLM/Drivers/BuiltIn/Serial，即串口的驅動程序信息在註冊表中所處的位置。COM_Init接着在HLM/Drivers/BuiltIn/Serial下查詢DeviceArrayIndex、Priority256的值，Priority256指定了驅動程序的優先級，如果沒有就用默認的優先級。接下來調用GetSerialObject(DeviceArrayIndex)，這個函數由PDD層定義，返回HWOBJ結構體，這個結構體主要包含PDD層和SER16550定義的函數的指針。

　　也就是說MDD通過調用這個函數才能調用底層實現的函數。接下來的大多數工作都是調用底層函數實現初始化。第一個調用的底層函數SerInit主要設置由用戶設置的硬件配置，例如線路控制、波特率。它調用Ser_GetRegistryData函數得到保存在註冊表中的硬件信息，Ser_GetRegistryData在內部調用系統提供的DDKReg_GetIsrInfoDDK和DDKReg_GetWindowInfo函數得到在HLM/Drivers/BuiltIn/Serial下保存的IRQ、SysIntr、IsrDll、IsrHandler、IoBase、IoLen。IRQ是邏輯中斷號，IsrDll表示當前驅動程序的可安裝ISR所在的DLL名稱，IsrHandler 表示可安裝ISR的函數名稱。

　　在這裏順便提一下可安裝ISR，讀者在我以前發表的關於OAL的文章中可以瞭解到OEM在OEMInit函數中關聯IRQ和SysIntr，當硬件設備發生中斷時，ISR會禁止同級和低級中斷，然後根據IRQ返回關聯的SysIntr，內核根據ISR返回的SysIntr喚醒相應的IST（SysIntr與IST創建的Event關聯），IST處理中斷之後調用InterruptDone解除中斷禁止。在OEMInit中關聯的缺點是一旦編譯了CE內核後就無法添加這種關聯了，而一些硬件設備會隨時插拔或者共享中斷，要關聯這樣的硬件設備解決方法就是可安裝ISR，可安裝ISR專用於處理指定的硬件設備發出的中斷，所以如果硬件設備需要可安裝ISR必須在註冊表中添加IsrDll、IsrHandler。多數硬件設備採用CE默認的可安裝ISR giisr.dll，格式如下：

"IsrDll"="giisr.dll"

"IsrHandler"="ISRHandler" 

　　如果一個硬件驅動程序需要可安裝ISR而開發者又不想自己寫一個，那麼可以利用giisr.dll來實現。除了在註冊表中添加如上所示外，還要在驅動程序中調用相關函數註冊可安裝ISR。僞代碼如下：

g_IsrHandle = LoadIntChainHandler(IsrDll, IsrHandler, (BYTE)Irq);

GIISR_INFO Info;

PHYSICAL_ADDRESS PortAddress = {PhysAddr, 0};

TransBusAddrToStatic(BusType, dwBusNumber, PortAddress, dwAddrLen, &dwIOSpace, &(PVOID)PhysAddr)

Info.SysIntr = dwSysIntr;

Info.CheckPort = TRUE;

Info.PortIsIO = (dwIOSpace) ? TRUE : FALSE;

Info.UseMaskReg = TRUE;

Info.PortAddr = PhysAddr + 0x0C;

Info.PortSize = sizeof(DWORD);

Info.MaskAddr = PhysAddr + 0x10;

KernelLibIoControl(g_IsrHandle, IOCTL_GIISR_INFO, &Info, sizeof(Info), NULL, 0, NULL); 

　　LoadIntChainHandler函數負責註冊可安裝ISR，參數1爲DLL名稱，參數2爲ISR函數名稱，參數3爲IRQ。TransBusAddrToStatic函數在後面講。如果要利用giisr.dll作爲可安裝ISR，必須先填充GIISR_INFO結構體，CheckPort=TRUE表示giisr要檢測指定的寄存器來確定當前發出中斷的是否是這個設備。PortIsIO表示寄存器地址屬於哪個地址空間，FALSE表示是內定空間，TRUE表示IO空間。UseMaskReg=TRUE表示設備有一個掩碼寄存器，專用於指定當前設備是否是中斷源，也就是發出中斷，而MaskAddr表示掩碼寄存器的地址。如果對Info.Mask賦值，那麼PortAddr表示一個特殊的寄存器地址，這個寄存器的值與Mask的值&運算的結果如果爲真，則證明當前設備是中斷源，否則返回SYSINTR_CHAIN（表示當前ISR沒有處理中斷，內核將調用ISR鏈中下一個ISR），如果UseMaskReg=TRUE，那麼MaskReg寄存器的值與PortAddr指定的寄存器的值&運算的結果如果爲真，則證明當前設備是中斷源。

　　函數SerInit接着調用函數Ser_InternalMapRegisterAddresses轉換IO地址並且映射地址，Ser_InternalMapRegisterAddresses在內部調用系統提供的HalTranslateBusAddress(Isa, 0, ioPhysicalBase, &inIoSpace, &ioPhysicalBase)函數將與總線相關的地址轉換爲系統地址，參數1爲總線類型，參數2爲總線號，參數3爲要轉換的地址（PHYSICAL_ADDRESS類型，實際是LARGE_INTEGER型），參數4指定寄存器地址屬於IO地址空間還是物理地址空間，參數5返回轉換後的物理地址。觀察HalTranslateBusAddress的源碼得知如果是在x86平臺，這個函數除了把參數3賦給了參數5其餘什麼都沒有做，而非x86平臺將inIoSpace的值置爲0，表示一定是物理地址。在調用HalTranslateBusAddress前要確定從註冊表中得到的寄存器地址到底是屬於哪個地址空間的，例如：

ULONG inIoSpace = 1; ///1表示是IO空間

PHYSICAL_ADDRESS ioPhysicalBase = {iobase, 0}; ///相當於ioPhysicalBase.LowPart = iobase 

　　在地址轉換後就要將轉換後的地址映射到驅動程序（一般IST和應用程序一樣運行在用戶模式）能夠訪問的虛擬地址空間（0x80000000以下）和ISR能夠訪問的靜態虛擬地址空間中（0x80000000以上）。例如：

////如果地址屬於物理地址空間

ioPortBase = (PUCHAR)MmMapIoSpace(ioPhysicalBase, Size, FALSE);
TransBusAddrToStatic(Isa, 0, ioPhysicalBase, Size, &inIoSpace, ppStaticAddress); 

　　MmMapIoSpace函數負責將物理地址映射到驅動程序能夠訪問的虛擬地址空間中，通過源碼分析MmMapIoSpace在內部分別調用：

pVirtualAddress =VirtualAlloc(0, SourceSize, MEM_RESERVE, PAGE_NOACCESS);

VirtualCopy(pVirtualAddress, (PVOID)(SourcePhys >> 8), SourceSize, PAGE_PHYSICAL | PAGE_READWRITE | 
(CacheEnable ? 0 : PAGE_NOCACHE)); 

　　VirtualAlloc分配一塊和MemLen一樣大小的虛擬地址空間，因爲參數1爲0，所以內核自動分配。一般MemLen小於2MB，所以會在應用程序的地址空間中分配。VirtualCopy負責將硬件設備寄存器的物理地址與VirtualAlloc分配的虛擬地址做一個映射關係，這樣驅動程序訪問PvirtualAddress實際上就是訪問第一個寄存器。因爲硬件設備寄存器的物理地址一定是在512MB（CE支持RAM的最大值）以上，所以除了最後的參數要加PAGE_PHYSICAL外，第二個參數物理地址也要右移8位（或者除以256）。

　　映射硬件寄存器當然PAGE_NOCACHE是必須加的。TransBusAddrToStatic函數負責將物理地址映射到ISR能夠訪問的靜態虛擬地址空間中，當出現中斷共享時，ISR要負責訪問硬件設備的某一個寄存器來判斷中斷源，所以將寄存器的物理地址映射到靜態虛擬地址空間中是必要的（ISR只能訪問靜態的虛擬地址空間）。所謂靜態虛擬地址空間是指在OEMAddressTable中定義的虛擬地址空間（當然是0x80000000以上）。在x86平臺一般這個表只定義RAM的物理地址與虛擬地址對應關係，而硬件設備的寄存器地址並不在該表中定義，所以如果要創建一塊靜態的虛擬地址空間供ISR訪問，必須在此之前調用CreateStaticMapping函數在0xC4000000到0xE0000000虛擬地址空間中分配。TransBusAddrToStatic函數在內部就是調用了CreateStaticMapping函數。注：硬件設備的寄存器地址也可以在OEMAddressTable中定義。

////如果地址屬於IO空間

ioPortBase = (PUCHAR)ioPhysicalBase.LowPart;
*ppStaticAddress=ioPortBase 

　　這種情況只屬於x86平臺，是IO空間就可以直接訪問，即使是用戶模式。

　　SerInit函數接着初始化SER_INFO結構體成員，之後調用SL_Init函數，這個函數在ser16550中定義，負責初始化SER16550_INFO結構體，在這個結構體中保存串口8個寄存器的地址。SerInit函數執行完畢後COM_Init函數創建接收緩衝區，然後調用StartDispatchThread函數初始化中斷並且創建IST。StartDispatchThread函數在內部調用InterruptInitialize函數關聯SysIntr和Event，然後調用InterruptDone函數告訴內核當前串口可以中斷處理，接着調用CreateThread函數創建IST線程。（over吧，再往下說就和串口硬件有關了，看多了沒註釋的代碼我也煩！！）