数字传输系统的 PCI 上位机 WinDriver 驱动设计

发表于 2020-11-25 08:48

驱动程序是连接硬件板卡与操作系统内应用程序的桥梁。硬件板卡通过 PCI
与上位机连接，上位机可以在内核模式下访问硬件板卡，与硬件板卡进行通信；
然而在操作系统中应用程序运行在用户层，无法直接访问硬件板卡资源。因此用
户层应用程序必须通过驱动程序才能访问硬件板卡。驱动程序分为内核模式驱动
程序与用户模式驱动程序。用户模式驱动程序是运行于用户模式下的系统级代
码，一般用是为虚拟设备开发，在直接访问硬件板卡方面受到很大限制。内核模
式驱动程序是运行于内核模式的系统级代码，能够直接访问硬件资源，并且能够
使用 DMA，能够响应硬件设备的中断信号。所以一般为硬件设备开发内核模式驱
动程序。

发表于 2020-11-25 08:49

用于开发内核层驱动程序的经典工具有 WDK、DDK 等。开发者要使用这些开
发工具开发驱动程序，第一要掌握深厚的操作系统知识，第二要了解硬件设备的
原理和资源。开发者需要花费大量时间和精力在构建驱动程序底层代码上。使用
WinDriver 开发驱动程序就可以免去构建底层驱动程序代码的步骤，从而为开发
者提高开发效率。WinDriver 软件为开发者构建了底层代码，提供高度封装的
API，支持开发者在用户模式下开发驱动。同时 WinDriver 允许用户层驱动程序
使用 DMA、处理中断响应。WinDriver 向开发者提供了内核插入模式以满足开发
者对驱动性能的要求。WinDriver 还为开发者提供了可视化的开发向导，允许开
发者在开发驱动程序之前通过开发向导浏览并诊断硬件设备资源。

发表于 2020-11-25 08:50

WinDriver 是一套由 JUNGO 公司出版，支持用户层级设备驱动开发并且提
供高度封装的 API 库和友好的开发向导，用于开发设备驱动程序的组件，本文
所提到的 WinDriver 版本为 10.01。WinDriver 面向多种操作系统，支持开发者在Windows、WindowsCE 和 Linux 系统下开发驱动程序；使用 WinDriver 开发者可
以开发 PCI/PCMCIA/CardBus/ISA/EISA/CompactPCI/PCI Express 驱动程序。
WinDriver 支持多种编译器，包括标准 C、C++、.NET、 VB、嵌入式 VC++等编译器。WinDriver 支持跨平台，即对于 WinDriver 支
持的所有平台，开发者只需要重新编译编写的驱动程序就可以让驱动程序运行在
新的平台上。WinDriver 还向开发者提供了非常友好的向导工具。开发者可以使
用向导工具查看硬件设备的资源信息，并检测硬件设备是否正常工作。如果硬件
设备能够正常工作，开发者可以使用向导工具建立一个能够对硬件设备进行基本
读写操作的驱动程序框架[
3]。WinDriver 向开发者提供了高度封装的 API 函数库，
帮助开发者完成驱动程序底层构架工作，极大地降低了开发驱动程序的难度。开
发者不必花费大量精力和时间在操作系统内核级编程上，只需要掌握 WinDriver
原理就能够快速进行 PCI 和 USB 等驱动开发。WinDriver 支持开发者在用户模
式下开发驱动程序，开发者不需要掌握硬件设备原理和操作系统内核机制，只需
要学会 WinDriver 的开发流程和调用 API 方法就能够编写驱动代码。虽然在用户
模式下编写驱动程序可以简化开发过程，但是在对代码执行效率要求高（如处理
中断信号）的部分，在用户模式下编写代码无法满足要求，必须在内核模式下编
写代码。为了解决这个问题，WinDriver 向开发者提供了内核插入模式（Kernel
PlugIn），允许开发者在用户模式下编写和调试代码，同时在内核模式下运行那
些性能要求高的部分，这种模式为驱动程序的效率和吞吐量提供了保障。在内核
插入模式下粗略估计吞吐量，大约每秒钟可以响应 100000 个中断。使用
WinDriver 开发 PCI 设备驱动代码可以通过 WinDriver 开发向导搭建驱动程代码
框架，然后修改框架代码，根据自己的需要编写定制功能代码，对于性能要求高
的部分可以采用内核插入模式实现；开发者也可以根据 WinDriver 文档，按照初
始化并打开硬件设备、申请资源、编写定制功能模块、释放资源、关闭硬件设备
的顺序，通过调用 API 实现驱动代码，对于性能要求高的部分采用内核插入模
式实现。

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