對于設備驅動程序通知應用程序的措施

對于設備驅動程序通知應用程序的措施

　　在目前流行的Windows操作系統中，設備驅動程序是操縱硬件的最底層軟件接口。為了共享在設備驅動程序設計過程中的經驗，給出設備驅動程序通知應用程序的5種方法，具體說明每種方法的原理和實現過程，希望能夠給設備驅動程序的設計者提供一些幫助。

　　為了保證操作系統的平安性和穩定性以及應用程序的可移植性，Windows操作系統不答應應用程序直接訪問系統的硬件資源，而是必須借助于相應的設備驅動程序。設備驅動程序可以直接操作硬件，假如應用程序和設備驅動程序之間實現了雙向通信，也就達到了應用程序控制底層硬件設備的目的。它們之間的通信包括兩個方面摘要：一方面是應用程序傳送給設備驅動程序的數據;另一方面是設備驅動程序發送給應用程序的消息。前者的實現較輕易，通過CreateFile()函數獲取設備驅動程序的句柄后，就可以使用Win32函數，如DeviceIoControl()、ReadFile()或WriteFile()等實現應用程序和設備驅動程序之間的通信。后者的實現遠比前者復雜，同時介紹這方面情況的文章較少。這不等于說它不重要，相反，它在有些應用場合發揮著重要的功能。設備驅動程序完成數據的采集工作后，需要馬上通知應用程序，以便應用程序能夠及時將數據取走并進行處理。諸如此類情況，不一而足。

　　鑒于設備驅動程序通知應用程序的重要性，本人結合一些經驗，對它進行了總結，歸納出5種方法摘要：異步過程調用(APC)、事件方式(VxD)、消息方式、異步I/O方式和事件方式(WDM)。下面分別說明這幾種方式的原理，并給出實現的部分源代碼。

　　1、 異步過程調用(APC)

　　Win32應用程序使用CreateFile()函數動態加載設備驅動程序，然后定義一個回調函數backFunc()，并且將回調函數的地址%26amp;backFunc()作為參數，通過DeviceIoControl()傳送給設備驅動程序。設備驅動程序獲得回調函數的地址后，將它保存在一個全局變量(如callback)中，同時調用Get_Cur_Thread_Handle()函數獲取它的應用程序線程的句柄，并且將該句柄保存在一個全局變量(如appthread)中。當條件成熟時，設備驅動程序調用_VWIN32_QueueUserApc()函數，向Win32應用程序發送消息。這個函數帶有三個參數摘要：第一個參數為回調函數的地址(已經注冊);第二個參數為傳遞給回調函數的消息;第三個參數為調用者的線程句柄(已經注冊)。Win32應用程序收到消息后，自動調用回調函數(實際是由設備驅動程序調用)。回調函數的輸入參數是由設備驅動程序填入的，回調函數在這里主要是對消息進行處理。

　　2、 事件方式(VxD)

　　首先，Win32應用程序創建一個事件的句柄，稱其為Ring3句柄。由于虛擬設備驅動程序使用事件的Ring0句柄，因此，需要創建Ring0句柄。用LoadLibrary()函數加載未公開的動態鏈接庫Kernel32.dll，獲得動態鏈接庫的句柄。然后，調用GetProcAddress(), 找到函數OpenVxDHandle()在動態鏈接庫中的位置。接著，用OpenVxDHandle()函數將Ring3事件句柄轉化為Ring0事件句柄。Win32應用程序用CreateFile()函數加載設備驅動程序。假如加載成功，則調用DeviceIoControl()函數將Ring0事件句柄傳給VxD;同時，創建一個輔助線程等待信號變成有信號狀態，本身則可去干其它的事情。當條件成熟時，VxD置Ring0事件為有信號狀態(調用_VWIN32_SetWin32Event()函數)，這馬上觸發對應的Ring3事件為有信號狀態。一旦Ring3事件句柄為有信號狀態，Win32應用程序的輔助線程就對這個消息進行相應的處理。

　　3、 異步I/O方式

　　Win32應用程序首先調用CreateFile()函數加載設備驅動程序。在調用該函數時，將倒數第2個參數設置為FILE_ATTRIBUTE_NORMAL|FILE_FLAG_OVERLAPPED，表示以后可以對文件進行重疊I/O操作。當設備驅動程序文件創建成功后，創建一個初始態為無信號、需要手動復位的事件，并且將這個事件傳給類型為OVERLAPPED的數據結構(如Overlapped)。然后，將Overlapped作為一個參數，傳給DeviceIoControl()函數。設備驅動程序把這個I/O請求包(IRP)設置為掛起狀態，并且設置一個取消例程。假如當前IRP隊列為空，則將這個IRP傳送給StartIo()例程;否則，將它放到IRP隊列中。設備驅動程序做完這些工作后，結束這個DeviceIoControl()的處理，于是Win32應用程序可能不等待IRP處理完，就從DeviceIoControl()的調用中返回。通過判定返回值，得到IRP的處理情況。假如當前IRP處于掛起狀態，則主程序先做一些其它的工作，然后調用WaitForSingleObject()或WaitForMultipleObject()函數等待Overlapped中的事件成為有信號狀態。設備驅動程序在適當的時候處理排隊的IRP，處理完成后，調用IoCompleteRequest()函數。該函數將Overlapped中的事件設置為有信號狀態。Win32應用程序對這個事件馬上進行響應，退出等待狀態，并且將事件復位為無信號狀態，然后調用GetOverlappedResult()函數獲取IRP的處理結果。

　　4、 消息方式

　　Win32應用程序調用CreateFile()函數動態加載虛擬設備驅動程序。加載成功后，通過調用DeviceIoControl()函數將窗體句柄傳送給VxD，VxD利用這個句柄向窗體發消息。當條件滿足時，VxD調用SHELL_PostMessage()函數向Win32應用程序發送消息。要讓該函數使用成功，必須用#define來自定義一個消息，并且也要照樣在應用程序中定義它;還要在消息循環中使用ON_MESSAGE()來定義消息對應的消息處理函數，以便消息產生時，能夠調用消息處理函數。SHELL_PostMessage()函數的第一個參數為Win32窗體句柄，第二個參數為消息ID號，第三、四個參數為發送給消息處理函數的參數，第五、六個參數為回調函數和傳給它的參數。Win32應用程序收到消息后，對消息進行處理。

　　5、 事件方式(WDM)

　　Win32應用程序首先創建一個事件，然后將該事件句柄傳給設備驅動程序，接著創建一個輔助線程，等待事件的有信號狀態，自己則接著干其它事情。設備驅動程序獲得該事件的句柄后，將它轉換成能夠使用的事件指針，并且把它寄存起來，以便后面使用。當條件具備后，設備驅動程序將事件設置為有信號狀態，這樣應用程序的輔助線程馬上知道這個消息，于是進行相應的處理。當設備驅動程序不再使用這個事件時，應該解除該事件的指針。

　　6、 結語

　　在目前流行的Windows操作系統中，設備驅動程序是操縱硬件的最底層軟件接口。它向上提供和硬件無關的用戶接口，向下直接進行I/O、硬件中斷、DMA和內存訪問等操作。它將應用程序和硬件細節屏蔽開來，使軟件不依靠于硬件并且可在多個不同的平臺之間移植。本文介紹了5種設備驅動程序通知應用程序的方法，其中前3種方法主要用于VxD中，后2種方法主要用于WDM。這5種方法都經過實際測試。測試結果表明，它們都能夠達到設備驅動程序通知應用程序的目的。