Windows CE下驅動開發基礎

這是我從1月6日開始主持天極網論壇嵌入式開發版以來第一次發表文章，加上以前瑣碎的文章共計30篇。研究的越多就越感覺自己懂的太少，其實在驅動開發方面我還是個菜鳥，我是想再次拋磚引玉，讓做驅動有N年經驗的人奉獻一點出來，讓大家減少一些研究驅動源碼而又缺少注釋所帶來的痛苦。

我想即使讀者看過微軟的關於驅動開發的培訓教材和CE協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式必須結合一些驅動程式源碼，在此我以串口驅動程式（COM16550）中初始化過程為線索簡單講一講驅動開發的基礎知識。

Windows CE下的串口驅動程式能夠處理所有I/O行為類似串口的裝置，包括基於16450、16550 UART（通用非同步收發晶片）的裝置和一些採用DMA的裝置，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相容的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式專用的可安裝ISR（插斷服務常式），而很多硬體裝置驅動程式採用CE預設的可安裝ISR giisr.dll。一般串口裝置相應的註冊表設定例子及意義如下：

鍵	意義
"SysIntr"=dword:13	串口1的中斷ID為十進位13
"IoBase"=dword:02F8	串口1的IO空間首地址為十六進位2F8
"IoLen"=dword:8	串口1的IO空間長度為8個位元組
"DeviceArrayIndex"=dword:0	串口1的索引，是1的由來
"Order"=dword:0	串口1驅動的載入順序
"DeviceType"=dword:0	串口1的裝置類型
"DevConfig"=hex: 10,00 ....	串口1在與Modem裝置通訊時的配置，如傳輸速率、奇偶校檢等
"FriendlyName"="COM1:"	串口1在撥號程式中顯示的名字
"Tsp"="Unimodem.dll"	串口1 被用於與Modem裝置通訊的時候要載入的TSP（TAPI Service provider）DLL
"Prefix"="COM"	串口1的流介面的首碼
"Dll"="com16550.Dll"	串口1的驅動程式DLL

SysIntr由CE在檔案Nkintr.h中預定義，用於唯一標識中斷裝置。OEM可以在檔案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預定義的裝置中斷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平台，如果在其它平台硬體寄存器必須映射到物理地址空間，那子鍵的名稱為MemBase和MemLen。在x86平台更多硬體的寄存器由於IO空間的局限也映射到物理地址空間。DeviceArrayIndex是裝置的索引，用於區分同類型的裝置。Prefix是流驅動程式的首碼，當應用程式調用CreateFile函數傳遞COM1:參數時，檔案系統負責與串口驅動程式通訊，串口驅動程式是在CE啟動時由device.exe載入的。

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是在串口裝置被檢測後由裝置管理員device.exe調用的，主要的作用是初始化裝置，它的唯一參數Identifier是由device.exe傳遞的，其類型是一個字串指標，字串的內容是HLM\Drivers\Active\xx，xx是一個十進位數（device.exe會跟蹤系統中每個驅動程式，把載入的驅動程式記錄在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體的頭資訊（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)開啟HLM\Drivers\Active\xx\Key包含的註冊表路徑，在這裡路徑一般為HLM\Drivers\BuiltIn\Serial，即串口的驅動程式資訊在註冊表中所處的位置。COM_Init接著在HLM\Drivers\BuiltIn\Serial下查詢DeviceArrayIndex、Priority256的值，Priority256指定了驅動程式的優先順序，如果沒有就用預設的優先順序。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定義的函數的指標。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主要設定由使用者佈建的硬體設定，例如線路控制、傳輸速率。它調用Ser_GetRegistryData函數得到儲存在註冊表中的硬體資訊，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下儲存的IRQ、SysIntr、IsrDll、IsrHandler、IoBase、IoLen。IRQ是邏輯中斷號，IsrDll表示當前驅動程式的可安裝ISR所在的DLL名稱，IsrHandler 表示可安裝ISR的函數名稱。在這裡順便提一下可安裝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，當硬體裝置發生中斷時，ISR會禁止同級和低級中斷，然後根據IRQ返回關聯的SysIntr，核心根據ISR返回的SysIntr喚醒相應的IST（SysIntr與IST建立的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核心後就無法添加這種關聯了，而一些硬體裝置會隨時插拔或者共用中斷，要關聯這樣的硬體裝置解決方案就是可安裝ISR，可安裝ISR專用於處理指定的硬體裝置發出的中斷，所以如果硬體裝置需要可安裝ISR必須在註冊表中添加IsrDll、IsrHandler。多數硬體裝置採用CE預設的可安裝ISR giisr.dll，格式如下：

"IsrDll"="giisr.dll"
"IsrHandler"="ISRHandler"

如果一個硬體驅動程式需要可安裝ISR而開發人員又不想自己寫一個，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，還要在驅動程式中調用相關函數註冊可安裝ISR。虛擬碼如下：

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);