采用VXD技術(shù)實(shí)現實(shí)的通信

摘要：討論Windows虛擬設備驅動(dòng)（VXD）技術(shù)，并采用此項技術(shù)示范性地做出應用于PC串口實(shí)時(shí)通信的虛擬驅動(dòng)程序，找到一種可以在PC中實(shí)現實(shí)時(shí)通信的途徑。

引言

在微軟的視窗操作系統中，系統內核掌管所有的應用程序，通過(guò)獨特的任務(wù)調度算法實(shí)現CPU的分時(shí)多任務(wù)處理方式。多任務(wù)處理對大多數用戶(hù)可能是件好事，但是對那些想把實(shí)時(shí)通信建立在Windows操作系統上的特殊用戶(hù)來(lái)說(shuō)，操作界面的圖形化并不比MS-DOS的單任務(wù)更具吸引力。在視窗操作系統里可以進(jìn)行實(shí)時(shí)通信和控制碼？答案是：VXD技術(shù)可以幫我們在獲取友好的人機界面的同時(shí)還擁有很強的實(shí)時(shí)性。

1 VXD技術(shù)解析

VXD技術(shù)可追溯到Windows3.1，它的引入就是要讓操作系統實(shí)現多工以及硬件資源的共享。為了支持多個(gè)MS-DOS任務(wù)同時(shí)執行，Windows98讓每個(gè)MS-DOS應用程序在各自的虛擬機（VM）上運行，各自互不相干；而所有的Widnows應用程序卻都在一個(gè)虛擬機上運行。圖1所示的結構框圖很好地說(shuō)明了Windows98的整體架構。

圖1中，由眾多的VXD組成系統級代碼處于最底層。其中，處于中心地位的是一名為VMM32的VXD，它負責協(xié)調和管理所有的VXDs。其它VXDs則通過(guò)消息機制（這個(gè)消息機制由VMM32.VXD來(lái)維護）彼此聯(lián)系。由所有VXDs開(kāi)放出的服務(wù)接口（API）組成了一個(gè)服務(wù)網(wǎng)，它們彼此通過(guò)合作的方式，提供Windows98的系統底層驅動(dòng)服務(wù)。

從以上Windows98系統架構可以看出，要想在視窗平臺下獲取很強的實(shí)時(shí)性，僅靠提升應用程序線(xiàn)程優(yōu)先級的方法是不夠的。因為Win32應用程序代碼屬于Ring3級，而VXD代碼則屬于Ring0級；采用VXD撰寫(xiě)的實(shí)時(shí)通信程序可以完全不受代碼限制，可以直接對硬件進(jìn)行操作。VXD的這個(gè)特點(diǎn)正是實(shí)時(shí)通信建立所必須的。

設計實(shí)時(shí)通信的VXD前，先解釋以下幾個(gè)問(wèn)題：

①VMM32使用VPICD.VXD虛擬化每個(gè)硬件和軟件中斷。VMM32為每個(gè)虛擬機（VM）維護一個(gè)IDT結構，當中斷發(fā)生時(shí)，CPU先保護中斷現場(chǎng)，然后經(jīng)由當前VM的IDT把這個(gè)中斷引導至相應的中斷處理程式。

中斷的虛擬化，使我們有機會(huì )給每個(gè)中斷提供新的中斷處理函數，并可以讓多個(gè)硬件共享同一個(gè)中斷號。VPICD.VXD為我們提供這些服務(wù)。

②VMM有兩個(gè)調度器，用以在多個(gè)線(xiàn)程和VMs之間實(shí)現搶占式多工。主調度器負責選定下一個(gè)將被執行的線(xiàn)程。這個(gè)選擇可以是一個(gè)，也可以是多個(gè)。然后，主調度器把選擇結果送給所謂的時(shí)間片調度器，并由后者完成各個(gè)應用程序間的時(shí)間片分配。調度器也時(shí)應用程序經(jīng)由呼叫Win32線(xiàn)程優(yōu)先調整API（如SetThreadPriority和SetPriorityClass等）做出回應。當中斷發(fā)生時(shí)，VMM32自動(dòng)提升中斷處理函數所在VM之優(yōu)先級，保證中斷處理函數能及時(shí)被執行。

③VXD和Win32應用程序可直接通信。Win32應用程序可通過(guò)一個(gè)系統API（DevicelOControl（…））來(lái)呼叫位于底層的VXD為其服務(wù)。在呼叫VXD前，首先必須調用CreatFile（…）這個(gè)API加載該VXD（如果該VXD是一個(gè)靜態(tài)VXD，則不用加載）。所有的呼叫動(dòng)作其實(shí)都通過(guò)VMM32完成。VXD也可以通過(guò)消息方式和位于上層的Win32應用程序通信。She11.VXD為所有希望以消息機制和Win32應用程序通信的VXD提供了這一服務(wù)。

以上是編寫(xiě)一個(gè)串口通信驅動(dòng)需要的系統層面知識。對于Windows底層的了解。

2 用VXD實(shí)現一個(gè)實(shí)時(shí)串口通信驅動(dòng)

接下來(lái)用VXD技術(shù)實(shí)現一個(gè)實(shí)時(shí)串行通信的驅動(dòng)。這個(gè)VXD是一個(gè)動(dòng)態(tài)（Dynamic）VXD，當它的服務(wù)被呼叫時(shí)，VMM32會(huì )動(dòng)態(tài)加載這個(gè)VXD。作者采用的工具是C 98DDK。當然也可以使用其它的工具，如MASM6.11（或更高版本）、VtoolsD。用C搭配DDK完成VXD構建的好處是，可以使用C語(yǔ)言完成絕大部分的程序，程序比較容易閱讀和維護。

用C來(lái)實(shí)現一個(gè)VXD驅動(dòng)，需要準備如下條件：一個(gè).ASM的匯編語(yǔ)言接口文件（在其中定義VXD要處理的系統消息和輸出API），一個(gè).C的函數實(shí)現文件（在其中完成自己函數實(shí)體），一個(gè).DEF的定義文件（在其中定義VXD中各個(gè)段的別名并匯成一個(gè)DDB）和一個(gè).MAK檔（用來(lái)編譯并連接生成VXD，可有可無(wú)）。在這里，僅給出用C實(shí)現的函數檔。至于其它的文件，可以從本文所列的參考書(shū)目或其它文獻中找到相關(guān)文檔的說(shuō)明。

這個(gè)串口通信驅動(dòng)程序的功能是：實(shí)時(shí)送出一個(gè)Byte的數據，實(shí)時(shí)接收一個(gè)Byte的數據。作為演示之用，并沒(méi)有加入其它代碼。該VXD驅動(dòng)主要由如下3個(gè)系統消息（由VMM32來(lái)維護和管理）處理函數組成，其代碼如下：

（1）OnSysDynamicDeviceInit()函數

BOOL OnSysDynamicDeviceInit()

{ //OnSysDynamicDeviceInit

irqhandle=VPICD_Virtualize_IRQ((DWORD)(

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