在計(jì)算機(jī)控制領(lǐng)域，隨著硬件的發(fā)展，一些原本十分復(fù)雜的控制算法的設(shè)計(jì)和仿真變得越來越容易實(shí)現(xiàn)。與基于VME、MULTIBUS以及STD總線的平臺(tái)相比，基于ISA總線的高性能PC工控機(jī)（IPC）無疑是近來應(yīng)用最為廣泛的主流產(chǎn)品。這主要得益于IPC與PC的軟件兼容性，此外其開放性結(jié)構(gòu)、外圍高性能I/O模板的不斷涌現(xiàn)以及實(shí)進(jìn)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的迅速發(fā)展都為IPC創(chuàng)造了有利的發(fā)展環(huán)境。可以說，IPC的時(shí)代已經(jīng)到來。此外，在當(dāng)今的計(jì)算機(jī)控制領(lǐng)域中，控制軟件是否基于Windows平臺(tái)已經(jīng)成為產(chǎn)品是否有競爭力的重要標(biāo)準(zhǔn)之一。目前基于Windows平臺(tái)的相關(guān)產(chǎn)品已經(jīng)占據(jù)了市場份額的90%。而Windows 9X和Windows NT憑借其出色的多任務(wù)、圖形用戶接口（GUI）、性能優(yōu)越的硬件兼容性以及卓越的32位軟件環(huán)境等性能已經(jīng)越來越廣泛地被應(yīng)用于工業(yè)控制，成為實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制的優(yōu)秀平臺(tái)。在Windows9x（95、97、98）下，用戶如果需要實(shí)現(xiàn)對(duì)硬件的中斷、DMA或存儲(chǔ)空間物理地址等資源進(jìn)行訪問，必須通過設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序來進(jìn)行硬件操作；在WindowsNT下，即使是簡單的I/O操作，也需要編寫驅(qū)動(dòng)程序方能與硬件打交道。

兼容X86指令的微機(jī)CPU運(yùn)行時(shí)有4個(gè)優(yōu)先級(jí)，Ring0~Ring3。操作系統(tǒng)與驅(qū)動(dòng)程序運(yùn)行在Ring0級(jí)，Ring3級(jí)，對(duì)資源控制受到一些限制。對(duì)于Ring0級(jí)的驅(qū)動(dòng)程序而言，它的編寫和調(diào)試要求程序開發(fā)者掌握Windows9x、NT及Windows2000的內(nèi)核管理機(jī)制，對(duì)于開發(fā)人員來講這有相當(dāng)大的難度。在這里，使用美國Jungo公司出品的WinDriver工具包，在不更改程序代碼的前提下，完成了在多個(gè)操作系統(tǒng)下對(duì)硬件中斷的一致處理，很方便地解決了硬件與程序在不同系統(tǒng)下的移植問題。

1 Windows下硬件中斷的管理機(jī)制

在多任務(wù)的環(huán)境里，硬件設(shè)備中斷管理程序是非常重要的系統(tǒng)級(jí)程序。它不僅要把硬件發(fā)生的中斷時(shí)間傳給相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序，還要允許某些設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序處理它們特殊的中斷服務(wù)。在Windows平臺(tái)下，VPICD（虛擬可編程中斷控制器）就是這樣的硬件設(shè)備管理程序，它負(fù)責(zé)管理所有的硬件中斷時(shí)間。PC機(jī)的硬件中斷需要確定硬件中斷的IRQS（中斷申請?zhí)枺瑢?duì)一個(gè)特定的IRQ中斷源，VPICD或提供缺省的中斷處理函數(shù)，或允許其它VxD重載中處理函數(shù)。

VPICD提供的缺省中斷處理是：首先置中斷禁止，再觸發(fā)相應(yīng)VM中的中斷處理函數(shù)。因?yàn)閂PICD實(shí)現(xiàn)了對(duì)PPIC的虛擬化，所以當(dāng)VM中的中斷處理函數(shù)發(fā)送EOI（中斷處理結(jié)束指令）時(shí)，VPICD即對(duì)PPIC發(fā)EOI指令。最后，VPICD控制處理函數(shù)的返回操作，恢復(fù)中斷，并置VM狀態(tài)為VM進(jìn)入中斷前的狀態(tài)。當(dāng)VPICD對(duì)某些中斷的缺省處理不夠充分或則不太合適時(shí)，就需要親手編寫一個(gè)VxD，在其中實(shí)現(xiàn)中斷的虛擬化。VxD將決定如何處理硬件中斷以及如何調(diào)用VM中的中斷處理函數(shù)。

2 WinDriver工具包簡介

WinDriver是美國Jungo公司出品的用于編寫驅(qū)動(dòng)程序的一種工具包，主要針對(duì)ISA/PCI插卡，4.2版本以后還提供了USB的開發(fā)工具。最新版本4.40版所編寫的程序兼容性十分強(qiáng)大，包括了Windows9x、Windows NT、Windows2000、Solaris（Intel）、VxWorks（Intel）、OS/2等諸多操作平臺(tái)。Windriver主要包括一個(gè)WindriverWizard、一個(gè)Windriver發(fā)行包、多個(gè)公用程序以及大量的例程。

（1）WinDriverWizard

這是一個(gè)友好的Windows向?qū)Ы缑妗＿\(yùn)行WinDriverWizard，然后，選擇“GenerateCode”選項(xiàng)，WinDriverWizard會(huì)為你的插卡產(chǎn)生基本的程序代碼。4.2版本以后還提供了多種編程語言選擇，幾乎包括了所有流行的編程語言，如VC4~VC6、Borland C++Builder3~4、Pascal、Delphi、Linuxmake、Solariesmake等等。這就讓用戶不必去學(xué)新的編程語言，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等多個(gè)公用程序。pci_scan可以給出安裝的PCI卡及系統(tǒng)為它們分配資源的列表；pci_dump則負(fù)責(zé)得到已安裝的PCI卡的系統(tǒng)配置信息；pci_diag兼有兩者功能；isapnp_scan為用戶指出了即插即用的ISA插卡的有關(guān)信息；wdreg為用戶提供了修改注冊表的工具；wddebug則是一個(gè)用于調(diào)試用戶程序的有效工具。

（3）大量例程

WinDriver提供了許多例程，使用者可以利用它們來產(chǎn)生自己驅(qū)動(dòng)程序的基本框架。在WinDriver提供的在線幫助里，可以查到許多WinDriver封裝好的功能函數(shù)。這些函數(shù)能夠方便地實(shí)現(xiàn)中斷處理、DMA傳輸、I/O操作、內(nèi)存映射以及即插即用等功能。耐用對(duì)于常用的PCI橋芯片，如PLX9050、PLX9060、AMCC5933、V3、ALTERA、GT64等等，提供了特定的檢測程序和相應(yīng)的API函數(shù)，大大減輕了用戶的編程難度。

3 WinDriver的驅(qū)動(dòng)程序編程模式原理

WinDriver編程有兩種模式。一種模式是用戶模式，這種模式實(shí)際上不是讓用戶來編驅(qū)動(dòng)程序，而是利用軟件自身提供的驅(qū)動(dòng)程序Windrvr.vxd和Windrvr.sys，用戶所面對(duì)的中是驅(qū)動(dòng)程序給出的相應(yīng)功能接口；即使是這個(gè)接口，也用高級(jí)語言進(jìn)行了很好的封裝，使用十分容易。另一種模式是“核心插入”模式用KernelPlugIn方式進(jìn)行編程，形成。vxd和。sys文件，。當(dāng)用戶有特殊的速度要求時(shí)，后者是較好的方式。

對(duì)于對(duì)操作系統(tǒng)內(nèi)核了解不多的開發(fā)者，使用用戶模式，這里要特別注意以下幾個(gè)功能函數(shù)：

（1）WD-Open（）--獲得驅(qū)動(dòng)程序（指Windrvr.vxd或Windrvr.sys）的句柄，它實(shí)際上是調(diào)用了Create-File（）API函數(shù)，在程序開始時(shí)必須調(diào)用；

（2）WD-Close（）--釋放驅(qū)動(dòng)程序的句柄，它實(shí)際上是調(diào)用了CloseHandle（）API函數(shù)，在程序結(jié)束時(shí)必須調(diào)用；

（3）WD-CardRegister（）--負(fù)責(zé)插卡登記項(xiàng)目的建立和資源分配，資源包括I/O操作，內(nèi)存分配、中斷處理等。它調(diào)用了DeviceIOControl（）API函數(shù)；

（4）WD-CardUnRegister（）--負(fù)責(zé)插卡登記項(xiàng)目的刪除和資源釋放，與前者相對(duì)應(yīng)，也調(diào)用了DeviceIOControl（）API函數(shù)；

（5）InterruptThreadEnable（）-中斷使能，使能后可以接收中斷信號(hào)，調(diào)用Interrupt_handler（）函數(shù)對(duì)中斷進(jìn)行相應(yīng)處理。在其中集成了CreateThread（）API函數(shù)；

（6）Interrupt_handler（）-中斷處理函數(shù)，開發(fā)者在這里加入自己對(duì)硬件的控制代碼。

（7）InterruptThreadDisable（）-使中斷無效的函數(shù)，屏蔽掉中斷信號(hào)，不再對(duì)其進(jìn)行處理。在其中集成了WaitForSingleObject（）和CloseHandle（）這兩個(gè)API函數(shù)。

4 具體示例

下面給出一個(gè)用戶模式的具體示例。用VisualC++6編譯調(diào)試通過，在Windows9x和WindowsNT下系統(tǒng)運(yùn)行良好，在Windows2000下也能夠穩(wěn)定運(yùn)行。對(duì)于Windows9x系統(tǒng)，注意將windrvr.vxd拷貝到C：\Windows\System\Vmm32目錄下；對(duì)于WindowsNT系統(tǒng)，注意將windrvr.sys拷貝到C：\WINNT\System32\DRIVERS目錄下。Listen_Interupt.C程序框架如下，該程序?qū)崿F(xiàn)了中斷12的截獲：

Listem_Interupt.c源程序

//應(yīng)包含的頭文件

#include"http://include/windrvr.h"

#include"http://include/windrvr_int_thread.h"

#include

//設(shè)置自己的中斷號(hào)，這個(gè)例子為中斷12

enum{MY_IRQ=12};

//建立全局的WinDriver包柄

HANDLE hWD;

//建立中斷結(jié)構(gòu)

WD_INTERRUPT Intrp;

Static char line[256];

//中斷處理過程，你可以用pData來傳遞從InterruptThreaEnable（）得來的信息

VOID interrupt_handler（PVOID pData）

{

//在這里加入你要做的中斷處理代碼

prinft（'截獲中斷的數(shù)目為%d\n',Intrp.dwCounter）；

}

//主函數(shù)

int main（）

{

WD_CARD_REFISTER cardReg;//建立插卡登記項(xiàng)目的一個(gè)實(shí)例

WD_VERSION verVuf;

hWD=WD_Open（）；//獲得驅(qū)動(dòng)程序的句柄

if（hWD==INVALID_HANDLE_VALUE）

{

Printf（"打開WINDRVR出現(xiàn)錯(cuò)誤！\n"）；

return0;

}

BZERO（verBuf）；

WD_Version（hWD,&verBuf）；

if（verBuf,dwVer

{

printf（"WINDRVR版本不正確，這里需要的版本為：%d\n",WD_VER）；

return0;

}

//初始化cardReg，這是程序的重要部分

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（'無法鎖定設(shè)備！'）；

}

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（'開始中斷線程\'）；

//這里調(diào)用WD_IntEnable（），并且建立一個(gè)中斷處理的線程

if （！InterruptThreadEnable （&thread_handle,hWD,&Intrp,&interrupt_handler,NULL））

{

printf（'中斷使能失敗！\n'）；

}

else

{

//callyourdrivercodehere

printf（'敲回車鍵不再進(jìn)行中斷截獲\n'）；

gets（line）；

//這里調(diào)用禁止截獲中斷的函數(shù)WD_IntDisable（）

InterruptThreadDisable（&thread_handle）；

}

//釋放所登記的資源

WD_CardUnregister（hWD,&cardReg）；

}

//刪除驅(qū)動(dòng)程序的句柄。

WD_Close（hWD）；

return0;

}

按照本文給出的技術(shù)方案，掌握必要的Windows編程技術(shù)，即可以成功地實(shí)現(xiàn)Windows環(huán)境下對(duì)硬件中斷的直接控制，很方便地在不同系統(tǒng)下進(jìn)行移植。