Windows CE下驱动程序开发基础(一)

文/付林林

这是我从1月6日开始主持天极网论坛嵌入式开发版以来第一次发表文章，加上以前琐碎的文章共计30篇。研究的越多就越感觉自己懂的太少，其实在驱动开发方面我还是个菜鸟，我是想再次抛砖引玉，让做驱动有N年经验的人奉献一点出来，让大家减少一些研究驱动源码而又缺少注释所带来的痛苦。

我想即使读者看过微软的关于驱动开发的培训教材和CE帮助文档中的驱动部分，头脑中仍然一片茫然。要想真正了解驱动程序必须结合一些驱动程序源码，在此我以串口驱动程序（COM16550）中初始化过程为线索简单讲一讲驱动开发的基础知识。

Windows CE下的串口驱动程序能够处理所有I/O行为类似串口的设备，包括基于16450、16550 UART（通用异步收发芯片）的设备和一些采用DMA的设备，常见的有9针串口、红外I/O口、Modem等。在%_WINCEROOT%PublicCommonOAKDriversSerial目录下，COM_MDD2子目录包含新的串口驱动MDD层函数代码。COM16550子目录包含串口驱动PDD层代码。SER16550子目录包含的一系列函数专用于控制与16550兼容的UART，这样PDD层的主要工作就是调用SER16550中的函数。还有一个ISR16550子目录包含的是串口驱动程序专用的可安装ISR（中断服务例程），而很多硬件设备驱动程序采用CE默认的可安装ISR giisr.dll。一般串口设备相应的注册表设置例子及意义如下：

[HKEY_LOCAL_MACHINEDriversBuiltInSerial_1]

键意义"SysIntr"=dword:13串口1的中断ID为十进制13"IoBase"=dword:02F8串口1的IO空间首地址为十六进制2F8"IoLen"=dword:8串口1的IO空间长度为8个字节"DeviceArrayIndex"=dword:0串口1的索引，是1的由来"Order"=dword:0串口1驱动的加载顺序"DeviceType"=dword:0串口1的设备类型"DevConfig"=hex: 10,00 ....串口1在与Modem设备通讯时的配置，如波特率、奇偶校检等"FriendlyName"="COM1:"串口1在拨号程序中显示的名字"Tsp"="Unimodem.dll"串口1 被用于与Modem设备通讯的时候要加载的TSP（TAPI Service provider）DLL"Prefix"="COM"串口1的流接口的前缀"Dll"="com16550.Dll"串口1的驱动程序DLL

SysIntr由CE在文件Nkintr.h中预定义，用于唯一标识中断设备。OEM可以在文件Oalintr.h中定义自己的SysIntr。常见的预定义SysIntr有SYSINTR_NOP（中断只由ISR处理，IST不再处理），SYSINTR_RESCHED（重新调度线程），SYSINTR_DEVICES（由CE预定义的设备中断ID的基值），SYSINTR_PROFILE、SYSINTR_TIMING、SYSINTR_FIRMWARE等都是基于SYSINTR_DEVICES定义的。IoBase是串口1的IO地址空间的首地址，IoLen是IO空间的大小。IO地址空间只存在于x86平台，如果在其它平台硬件寄存器必须映射到物理地址空间，那子键的名称为MemBase和MemLen。在x86平台更多硬件的寄存器由于IO空间的局限也映射到物理地址空间。DeviceArrayIndex是设备的索引，用于区分同类型的设备。Prefix是流驱动程序的前缀，当应用程序调用CreateFile函数传递COM1:参数时，文件系统负责与串口驱动程序通信，串口驱动程序是在CE启动时由device.exe加载的。

下面从MDD层函数COM_Init开始探索串口驱动的初始化过程。COM_Init是在串口设备被检测后由设备管理器device.exe调用的，主要的作用是初始化设备，它的唯一参数Identifier是由device.exe传递的，其类型是一个字符串指针，字符串的内容是HLMDriversActivexx，xx是一个十进制数（device.exe会跟踪系统中每个驱动程序，把加载的驱动程序记录在Active键下）。

COM_Init先分配一个HW_INDEP_INFO结构体，这个结构体是独立于串口硬件的头信息（MDD、PDD、SER16550都包含自己独特的结构体，具体的结构体定义请参见串口驱动源码），分配之后再初始化结构体中每个成员，初始化结构体后调用 OpenDeviceKey((LPCTSTR)Identifier)打开HLMDriversActivexxKey包含的注册表路径，在这里路径一般为HLMDriversBuiltInSerial，即串口的驱动程序信息在注册表中所处的位置。COM_Init接着在HLMDriversBuiltInSerial下查询DeviceArrayIndex、Priority256的值，Priority256指定了驱动程序的优先级，如果没有就用默认的优先级。接下来调用GetSerialObject(DeviceArrayIndex)，这个函数由PDD层定义，返回HWOBJ结构体，这个结构体主要包含PDD层和SER16550定义的函数的指针。

也就是说MDD通过调用这个函数才能调用底层实现的函数。接下来的大多数工作都是调用底层函数实现初始化。第一个调用的底层函数SerInit主要设置由用户设置的硬件配置，例如线路控制、波特率。它调用Ser_GetRegistryData函数得到保存在注册表中的硬件信息，Ser_GetRegistryData在内部调用系统提供的DDKReg_GetIsrInfoDDK和DDKReg_GetWindowInfo函数得到在HLMDriversBuiltInSerial下保存的IRQ、SysIntr、IsrDll、IsrHandler、IoBase、IoLen。IRQ是逻辑中断号，IsrDll表示当前驱动程序的可安装ISR所在的DLL名称，IsrHandler 表示可安装ISR的函数名称。
在这里顺便提一下可安装ISR，读者在我以前发表的关于OAL的文章中可以了解到OEM在OEMInit函数中关联IRQ和SysIntr，当硬件设备发生中断时，ISR会禁止同级和低级中断，然后根据IRQ返回关联的SysIntr，内核根据ISR返回的SysIntr唤醒相应的IST（SysIntr与IST创建的Event关联），IST处理中断之后调用InterruptDone解除中断禁止。在OEMInit中关联的缺点是一旦编译了CE内核后就无法添加这种关联了，而一些硬件设备会随时插拔或者共享中断，要关联这样的硬件设备解决方法就是可安装ISR，可安装ISR专用于处理指定的硬件设备发出的中断，所以如果硬件设备需要可安装ISR必须在注册表中添加IsrDll、IsrHandler。多数硬件设备采用CE默认的可安装ISR giisr.dll，格式如下：

"IsrDll"="giisr.dll"

"IsrHandler"="ISRHandler"

如果一个硬件驱动程序需要可安装ISR而开发者又不想自己写一个，那么可以利用giisr.dll来实现。除了在注册表中添加如上所示外，还要在驱动程序中调用相关函数注册可安装ISR。伪代码如下：

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);

LoadIntChainHandler函数负责注册可安装ISR，参数1为DLL名称，参数2为ISR函数名称，参数3为IRQ。TransBusAddrToStatic函数在后面讲。如果要利用giisr.dll作为可安装ISR，必须先填充GIISR_INFO结构体，CheckPort=TRUE表示giisr要检测指定的寄存器来确定当前发出中断的是否是这个设备。PortIsIO表示寄存器地址属于哪个地址空间，FALSE表示是内定空间，TRUE表示IO空间。UseMaskReg=TRUE表示设备有一个掩码寄存器，专用于指定当前设备是否是中断源，也就是发出中断，而MaskAddr表示掩码寄存器的地址。如果对Info.Mask赋值，那么PortAddr表示一个特殊的寄存器地址，这个寄存器的值与Mask的值&运算的结果如果为真，则证明当前设备是中断源，否则返回SYSINTR_CHAIN（表示当前ISR没有处理中断，内核将调用ISR链中下一个ISR），如果UseMaskReg=TRUE，那么MaskReg寄存器的值与PortAddr指定的寄存器的值&运算的结果如果为真，则证明当前设备是中断源。