实现Windows环境下对硬件中断的控制方法
在计算机控制领域，随着硬件的发展，一些原本十分复杂的控制算法的设计和仿真变得越来越容易实现。与基于vme、multibus以及std总线的平台相比，基于isa总线的高性能pc工控机（ipc）无疑是近来应用最为广泛的主流产品。这主要得益于ipc与pc的软件兼容性，此外其开放性结构、外围高性能i/o模板的不断涌现以及实进工业网络的迅速发展都为ipc创造了有利的发展环境。可以说，ipc的时代已经到来。此外，在当今的计算机控制领域中，控制软件是否基于windows平台已经成为产品是否有竞争力的重要标准之一。目前基于windows平台的相关产品已经占据了市场份额的90%。而windows 9x和windows nt凭借其出色的多任务、图形用户接口（gui）、性能优越的硬件兼容性以及卓越的32位软件环境等性能已经越来越广泛地被应用于工业控制，成为实现实时控制的优秀平台。在windows9x（95、97、98）下，用户如果需要实现对硬件的中断、dma或存储空间物理地址等资源进行访问，必须通过设备驱动程序来进行硬件操作；在windowsnt下，即使是简单的i/o操作，也需要编写驱动程序方能与硬件打交道。
兼容x86指令的微机cpu运行时有4个优先级，ring0~ring3。操作系统与驱动程序运行在ring0级，ring3级，对资源控制受到一些限制。对于ring0级的驱动程序而言，它的编写和调试要求程序开发者掌握windows9x、nt及windows2000的内核管理机制，对于开发人员来讲这有相当大的难度。在这里，使用美国jungo公司出品的windriver工具包，在不更改程序代码的前提下，完成了在多个操作系统下对硬件中断的一致处理，很方便地解决了硬件与程序在不同系统下的移植问题。
1 windows下硬件中断的管理机制
在多任务的环境里，硬件设备中断管理程序是非常重要的系统级程序。它不仅要把硬件发生的中断时间传给相应的驱动程序，还要允许某些设备驱动程序处理它们特殊的中断服务。在windows平台下，vpicd（虚拟可编程中断控制器）就是这样的硬件设备管理程序，它负责管理所有的硬件中断时间。pc机的硬件中断需要确定硬件中断的irqs（中断申请号），对一个特定的irq中断源，vpicd或提供缺省的中断处理函数，或允许其它vxd重载中处理函数。
vpicd提供的缺省中断处理是：首先置中断禁止，再触发相应vm中的中断处理函数。因为vpicd实现了对ppic的虚拟化，所以当vm中的中断处理函数发送eoi（中断处理结束指令）时，vpicd即对ppic发eoi指令。最后，vpicd控制处理函数的返回操作，恢复中断，并置vm状态为vm进入中断前的状态。当vpicd对某些中断的缺省处理不够充分或则不太合适时，就需要亲手编写一个vxd，在其中实现中断的虚拟化。vxd将决定如何处理硬件中断以及如何调用vm中的中断处理函数。
2 windriver工具包简介
windriver是美国jungo公司出品的用于编写驱动程序的一种工具包，主要针对isa/pci插卡，4.2版本以后还提供了usb的开发工具。最新版本4.40版所编写的程序兼容性十分强大，包括了windows9x、windows nt、windows2000、solaris（intel）、vxworks（intel）、os/2等诸多操作平台。windriver主要包括一个windriverwizard、一个windriver发行包、多个公用程序以及大量的例程。
（1）windriverwizard
这是一个友好的windows向导界面。运行windriverwizard，然后，选择“generatecode”选项，windriverwizard会为你的插卡产生基本的程序代码。4.2版本以后还提供了多种编程语言选择，几乎包括了所有流行的编程语言，如vc4~vc6、borland c++builder3~4、pascal、delphi、linuxmake、solariesmake等等。这就让用户不必去学新的编程语言，很容易地直接上手。
（2）公用程序
windriver提供了pci_scan、pci_dump、pci_diag、isapnp-scan、wdreg、wddebug等多个公用程序。pci_scan可以给出安装的pci卡及系统为它们分配资源的列表；pci_dump则负责得到已安装的pci卡的系统配置信息；pci_diag兼有两者功能；isapnp_scan为用户指出了即插即用的isa插卡的有关信息；wdreg为用户提供了修改注册表的工具；wddebug则是一个用于调试用户程序的有效工具。
（3）大量例程
windriver提供了许多例程，使用者可以利用它们来产生自己驱动程序的基本框架。在windriver提供的在线帮助里，可以查到许多windriver封装好的功能函数。这些函数能够方便地实现中断处理、dma传输、i/o操作、内存映射以及即插即用等功能。耐用对于常用的pci桥芯片，如plx9050、plx9060、amcc5933、v3、altera、gt64等等，提供了特定的检测程序和相应的api函数，大大减轻了用户的编程难度。
3 windriver的驱动程序编程模式原理
windriver编程有两种模式。一种模式是用户模式，这种模式实际上不是让用户来编驱动程序，而是利用软件自身提供的驱动程序windrvr.vxd和windrvr.sys，用户所面对的中是驱动程序给出的相应功能接口；即使是这个接口，也用高级语言进行了很好的封装，使用十分容易。另一种模式是“核心插入”模式用kernelplugin方式进行编程，形成。vxd和。sys文件，。当用户有特殊的速度要求时，后者是较好的方式。
对于对操作系统内核了解不多的开发者，使用用户模式，这里要特别注意以下几个功能函数：
（1）wd-open（）--获得驱动程序（指windrvr.vxd或windrvr.sys）的句柄，它实际上是调用了create-file（）api函数，在程序开始时必须调用；
（2）wd-close（）--释放驱动程序的句柄，它实际上是调用了closehandle（）api函数，在程序结束时必须调用；
（3）wd-cardregister（）--负责插卡登记项目的建立和资源分配，资源包括i/o操作，内存分配、中断处理等。它调用了deviceiocontrol（）api函数；
（4）wd-cardunregister（）--负责插卡登记项目的删除和资源释放，与前者相对应，也调用了deviceiocontrol（）api函数；
（5）interruptthreadenable（）-中断使能，使能后可以接收中断信号，调用interrupt_handler（）函数对中断进行相应处理。在其中集成了createthread（）api函数；
（6）interrupt_handler（）-中断处理函数，开发者在这里加入自己对硬件的控制代码。
（7）interruptthreaddisable（）-使中断无效的函数，屏蔽掉中断信号，不再对其进行处理。在其中集成了waitforsingleobject（）和closehandle（）这两个api函数。
4 具体示例
下面给出一个用户模式的具体示例。用visualc++6编译调试通过，在windows9x和windowsnt下系统运行良好，在windows2000下也能够稳定运行。对于windows9x系统，注意将windrvr.vxd拷贝到c：\windows\system\vmm32目录下；对于windowsnt系统，注意将windrvr.sys拷贝到c：\winnt\system32\drivers目录下。listen_interupt.c程序框架如下，该程序实现了中断12的截获：
listem_interupt.c源程序
//应包含的头文件
#include//include/windrvr.h
#include//include/windrvr_int_thread.h
#include
//设置自己的中断号，这个例子为中断12
enum{my_irq=12};
//建立全局的windriver包柄
handle hwd;
//建立中断结构
wd_interrupt intrp;
static char line[256];
//中断处理过程，你可以用pdata来传递从interruptthreaenable（）得来的信息
void interrupt_handler（pvoid pdata）
{
//在这里加入你要做的中断处理代码
prinft（'截获中断的数目为%d\n',intrp.dwcounter）；
}
//主函数
int main（）
{
wd_card_refister cardreg;//建立插卡登记项目的一个实例
wd_version vervuf;
hwd=wd_open（）；//获得驱动程序的句柄
if（hwd==invalid_handle_value）
{
printf（打开windrvr出现错误！\n）；
return0;
}
bzero（verbuf）；
wd_version（hwd,&verbuf）；
if（verbuf,dwver
{
printf（windrvr版本不正确，这里需要的版本为：%d\n,wd_ver）；
return0;
}
//初始化cardreg，这是程序的重要部分
bzero（cardreg）；
cardreg.card.dwitems=1;
cardreg.card.item[0].item=item_interrupt;
cardreg.card.item[0].fnotsharable=true;
cardreg.card.item [0].i,int,dwintrrupt=my_irq;
cardreg.card.item[0].i.int.dwoptions=1;
cardreg.fghecklockonly=true;
wd_cardreguster（hwd,&cardreg）；
if（cardreg.hcard==0）
{
prinft（'无法锁定设备！'）；
}
else
{
handle thread_handle;
bzero（intrp）；
intrp.hinterrupt=cardreg.card.item[0].i.int.hinterrupt;
intrp.cmd=null;
intrp.dwcmds=0;
intrp.dwoptions=0;
printh（'开始中断线程\'）；
//这里调用wd_intenable（），并且建立一个中断处理的线程
if （！interruptthreadenable （&thread_handle,hwd,&intrp,&interrupt_handler,null））
{
printf（'中断使能失败！\n'）；
}
else
{
//callyourdrivercodehere
printf（'敲回车键不再进行中断截获\n'）；
gets（line）；
//这里调用禁止截获中断的函数wd_intdisable（）
interruptthreaddisable（&thread_handle）；
}
//释放所登记的资源
wd_cardunregister（hwd,&cardreg）；
}
//删除驱动程序的句柄。
wd_close（hwd）；
return0;
}
按照本文给出的技术方案，掌握必要的windows编程技术，即可以成功地实现windows环境下对硬件中断的直接控制，很方便地在不同系统下进行移植。
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在多任务的环境里，硬件设备中断管理程序是非常重要的系统级程序。它不仅要把硬件发生的中断时间传给相应的驱动程序，还要允许某些设备驱动程序处理它们特殊的中断服务。在windows平台下，vpicd（虚拟可编程中断控制器）就是这样的硬件设备管理程序，它负责管理所有的硬件中断时间。pc机的硬件中断需要确定硬件中断的irqs（中断申请号），对一个特定的irq中断源，vpicd或提供缺省的中断处理函数，或允许其它vxd重载中处理函数。
vpicd提供的缺省中断处理是：首先置中断禁止，再触发相应vm中的中断处理函数。因为vpicd实现了对ppic的虚拟化，所以当vm中的中断处理函数发送eoi（中断处理结束指令）时，vpicd即对ppic发eoi指令。最后，vpicd控制处理函数的返回操作，恢复中断，并置vm状态为vm进入中断前的状态。当vpicd对某些中断的缺省处理不够充分或则不太合适时，就需要亲手编写一个vxd，在其中实现中断的虚拟化。vxd将决定如何处理硬件中断以及如何调用vm中的中断处理函数。
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windriver是美国jungo公司出品的用于编写驱动程序的一种工具包，主要针对isa/pci插卡，4.2版本以后还提供了usb的开发工具。最新版本4.40版所编写的程序兼容性十分强大，包括了windows9x、windows nt、windows2000、solaris（intel）、vxworks（intel）、os/2等诸多操作平台。windriver主要包括一个windriverwizard、一个windriver发行包、多个公用程序以及大量的例程。
（1）windriverwizard
这是一个友好的windows向导界面。运行windriverwizard，然后，选择“generatecode”选项，windriverwizard会为你的插卡产生基本的程序代码。4.2版本以后还提供了多种编程语言选择，几乎包括了所有流行的编程语言，如vc4~vc6、borland c++builder3~4、pascal、delphi、linuxmake、solariesmake等等。这就让用户不必去学新的编程语言，很容易地直接上手。
（2）公用程序
windriver提供了pci_scan、pci_dump、pci_diag、isapnp-scan、wdreg、wddebug等多个公用程序。pci_scan可以给出安装的pci卡及系统为它们分配资源的列表；pci_dump则负责得到已安装的pci卡的系统配置信息；pci_diag兼有两者功能；isapnp_scan为用户指出了即插即用的isa插卡的有关信息；wdreg为用户提供了修改注册表的工具；wddebug则是一个用于调试用户程序的有效工具。
（3）大量例程
windriver提供了许多例程，使用者可以利用它们来产生自己驱动程序的基本框架。在windriver提供的在线帮助里，可以查到许多windriver封装好的功能函数。这些函数能够方便地实现中断处理、dma传输、i/o操作、内存映射以及即插即用等功能。耐用对于常用的pci桥芯片，如plx9050、plx9060、amcc5933、v3、altera、gt64等等，提供了特定的检测程序和相应的api函数，大大减轻了用户的编程难度。
3 windriver的驱动程序编程模式原理
windriver编程有两种模式。一种模式是用户模式，这种模式实际上不是让用户来编驱动程序，而是利用软件自身提供的驱动程序windrvr.vxd和windrvr.sys，用户所面对的中是驱动程序给出的相应功能接口；即使是这个接口，也用高级语言进行了很好的封装，使用十分容易。另一种模式是“核心插入”模式用kernelplugin方式进行编程，形成。vxd和。sys文件，。当用户有特殊的速度要求时，后者是较好的方式。
对于对操作系统内核了解不多的开发者，使用用户模式，这里要特别注意以下几个功能函数：
（1）wd-open（）--获得驱动程序（指windrvr.vxd或windrvr.sys）的句柄，它实际上是调用了create-file（）api函数，在程序开始时必须调用；
（2）wd-close（）--释放驱动程序的句柄，它实际上是调用了closehandle（）api函数，在程序结束时必须调用；
（3）wd-cardregister（）--负责插卡登记项目的建立和资源分配，资源包括i/o操作，内存分配、中断处理等。它调用了deviceiocontrol（）api函数；
（4）wd-cardunregister（）--负责插卡登记项目的删除和资源释放，与前者相对应，也调用了deviceiocontrol（）api函数；
（5）interruptthreadenable（）-中断使能，使能后可以接收中断信号，调用interrupt_handler（）函数对中断进行相应处理。在其中集成了createthread（）api函数；
（6）interrupt_handler（）-中断处理函数，开发者在这里加入自己对硬件的控制代码。
（7）interruptthreaddisable（）-使中断无效的函数，屏蔽掉中断信号，不再对其进行处理。在其中集成了waitforsingleobject（）和closehandle（）这两个api函数。
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listem_interupt.c源程序
//应包含的头文件
#include//include/windrvr.h
#include//include/windrvr_int_thread.h
#include
//设置自己的中断号，这个例子为中断12
enum{my_irq=12};
//建立全局的windriver包柄
handle hwd;
//建立中断结构
wd_interrupt intrp;
static char line[256];
//中断处理过程，你可以用pdata来传递从interruptthreaenable（）得来的信息
void interrupt_handler（pvoid pdata）
{
//在这里加入你要做的中断处理代码
prinft（'截获中断的数目为%d\n',intrp.dwcounter）；
}
//主函数
int main（）
{
wd_card_refister cardreg;//建立插卡登记项目的一个实例
wd_version vervuf;
hwd=wd_open（）；//获得驱动程序的句柄
if（hwd==invalid_handle_value）
{
printf（打开windrvr出现错误！\n）；
return0;
}
bzero（verbuf）；
wd_version（hwd,&verbuf）；
if（verbuf,dwver
{
printf（windrvr版本不正确，这里需要的版本为：%d\n,wd_ver）；
return0;
}
//初始化cardreg，这是程序的重要部分
bzero（cardreg）；
cardreg.card.dwitems=1;
cardreg.card.item[0].item=item_interrupt;
cardreg.card.item[0].fnotsharable=true;
cardreg.card.item [0].i,int,dwintrrupt=my_irq;
cardreg.card.item[0].i.int.dwoptions=1;
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wd_cardreguster（hwd,&cardreg）；
if（cardreg.hcard==0）
{
prinft（'无法锁定设备！'）；
}
else
{
handle thread_handle;
bzero（intrp）；
intrp.hinterrupt=cardreg.card.item[0].i.int.hinterrupt;
intrp.cmd=null;
intrp.dwcmds=0;
intrp.dwoptions=0;
printh（'开始中断线程\'）；
//这里调用wd_intenable（），并且建立一个中断处理的线程
if （！interruptthreadenable （&thread_handle,hwd,&intrp,&interrupt_handler,null））
{
printf（'中断使能失败！\n'）；
}
else
{
//callyourdrivercodehere
printf（'敲回车键不再进行中断截获\n'）；
gets（line）；
//这里调用禁止截获中断的函数wd_intdisable（）
interruptthreaddisable（&thread_handle）；
}
//释放所登记的资源
wd_cardunregister（hwd,&cardreg）；
}
//删除驱动程序的句柄。
wd_close（hwd）；
return0;
}
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