[ главная ]   [ рейтинг статей ]   [ справочник радиолюбителя ]   [ новости мира ИТ ]



Ответов: 0
25-02-12 07:01







   Web - программирование
PHP


ASP






XML



CSS

SSI





   Программирование под ОС











   Web - технологии








   Базы Данных









   Графика






Данные




Программирование под ОС / Assembler /

Объект устройства device object

Объекты устройств являются экземплярами класса KDevice или KPnpDevice. Эти классы являются краеугольными камнями архитектуры DriverWorks: они представляют собой как бы программный образ тех устройств, которые присутствуют в системе. Именно объекты устройств обеспечивают управление и обмен данными с внешними устройствами, управление их ресурсами - линиями прерываний, каналами ПДП, диапазонами адресов памяти, портами В/В и т.п. Когда выполняется системный вызов типа CreateFile, ReadFile, WriteFile, диспетчер В/В посылает IRP соответствующему драйверу. Но сам драйвер, вернее объект драйвера, не выполняет никаких операций по обработке этого пакета - он просто передает его объекту устройства и забывает о самом существовании этого IRP. Это естественно, ведь управление физическим устройством - не его задача, это дело соответствующего объекта устройства.

Класс KDevice является суперклассом для всех классов устройств. Но на практике он сейчас почти не используется. Чаще используют его потомка - класс KPnpDevice. Этот класс предназначен для управления PnP-устройствами, т.е. устройствами, которые конфигурируется системой. В данный момент практически все устройства являются PnP-устройствами. Появление таких устройств здорово облегчило жизнь разработчикам драйверов: использовать KPnpDevice намного проще, а часто и безопаснее, чем KDevice. Еще бы, ведь в данном случае все проблемы конфигурирования и инициализации ресурсов оборудования ложатся на широкие плечи системы.

Любой объект устройства содержит стандартные методы обработки запросов на чтение, запись и управление устройством (device control). Эти методы вызываются при вызове соответствующих функций API ReadFile(), WriteFile(), DeviceControl().

Каждый драйвер содержит минимум один объект устройства. Как было упомянуто выше, объект устройства является экземпляром класса, порожденного программистом от класса KDevice или KPnpDevice. Для придания функциональности объекту устройства разработчик драйвера может переопределять виртуальные методы суперкласса, включая те методы, которые обрабатывают различные типы IRP, а также добавлять свои свойства и методы в класс. В процессе разработки можно использовать как иерархию классов DriverStudio, так и функции DDK. Впрочем, для большинства задач без использования DDK вполне можно обойтись.

Естественно, делать все это надо с осторожностью. Вызов некотроых методов является обязательным. Переопределение виртуальных методов также требует осторожности: многие из них содержат код, который обязательно должен быть выполнен. Если его удалить, то драйвер будет работать неправильно (если будет работать вообще). В результате, система скорее всего, зависнет.

Все вышесказанное, конечно, может быть очень интересным, но остается открытым вопрос: так как же все-таки драйвер, вернее объект устройства, управляет аппаратурой? Официально провозглашается, что Win2000 - переносимая система. Т.е., если она хорошо работает на архитектуре Intel, то она также может быть перенесена и на другие системы, например Alpha. Для того, чтобы система с минимальными исправлениями могла работать на компьютерах с другой архитектурой, и был введен HAL - уровень абстракции аппаратуры. Он действительно абстрагирует драйвера и большую часть кода ядра ОС от того, как именно построен компьютер. Теперь разработчику драйвера становится абсолютно все равно, как на данном компьютере реализован контроллер прерываний или контроллер прямого доступа к памяти - все ресурсы аппаратуры также представлены объектами. Это диапазоны адресов памяти и портов В/В устройства, линии прерываний и ПДП. Все они могут быть реализованы в различных архитектурах по-разному, но общие принципы их работы остаются одними и теми же. Соответственно, и интерфейс классов, реализующих управление этими ресурсами, остается одинаковым. Нам, как программистам, теперь не нужно знать тонкости работы аппаратной части на этом компьютере - это задача HAL и тех людей, которые переносили систему.

На практике это означает то, что если устройство, например, имеет диапазон адресов памяти и линию запроса на прерывание, то класс устройства будет содержать два свойства (данные). Одно из них - экземпляр класса KMemoryRange, который будет реализовывать управление памятью устройства, а другое - экземпляр класса KInterrupt, который управлет линией запроса на прерывание, и всем, что с ней связано. Если устройство будет иметь несколько областей адресов памяти, то, соответственно, класс устройства будет содержать несколько экземпляров класса KMemoryRange.

Другим способом управления устройствами является наличие устройств нижнего уровня (Lower devices). Как уже было отмечено, особенностью архитектуры WDM является наличие стека драйверов, когда драйвера могут обмениваться IRP-пакетами между собой. Данную ситуацию легче объяснить при помощи рисунка:

стек устройств
Рис.4 - стек устройств

На рис.3 изображен стек устройств, состоящий из трех объектов устройств. Устройство 1 - самое первое (верхнее) в стеке, устройство 3 - самое последнее (нижнее) в стеке. Тогда по отношению к устройству 1 устройство 2 будет устройством нижнего уровня. Устройства верхнего уровня для устройства 1 нет. Устройство 2 имеет и устройство верхнего уровня (устройство 1) и устройство нижнего уровня (устройство 3). Для устройства 3 есть только устройство верхнего уровня (устройство 2), устройства нижнего уровня у него нет, устройство 3 напрямую контролирует оборудование.

Такой метод управления оборудованием, когда в системе присутствует не один драйвер, а целая цепочка драйверов, может иметь свои преимущества. Предположим, наше физическое устройство - это клавиатура, подключенная к USB - порту. Тогда объект устройства 3 - драйвер USB - порта. Устройство 2 выполняет действия, специфичные именно для данного типа клавиатур: читает данные из портов ввода-вывода клавиатуры, "висит" на прерывании, выполняет дополнительные функции (например, если у нас мультимедийная клавиатура). Он передает коды нажатых клавиш устройству 1. Устройство 1 не зависит от того, какой именно тип клавиатуры подключен к компьютеру. Оно реализует очередь кодов нажатых клавиш; реакцию на клавиши CapsLock, Shift и т.п.

Если в данном случае у компьютера поменяется клавиатура, то необходимо установить только новый драйвер 2. Если клавиатура переключится на другой порт, то устройство 2 будет общаться не с устройством 3, а с каким-то другим устройством. В таком случае система становится более гибкой, легкой в проектировании, более надежной и простой в использовании. И пользователю, и приложениям становится абсолютно все равно, какой тип клавиатуры установлен на компьютере.

В нашем примере получается, что и устройство 1, и устройство 2 управляет оборудованием - клавиатурой. Но они делают это не напрямую, а посылая IRP устройству 3. Для того, чтобы наш объект устройства мог передавать IRP- пакеты другим объектам устройств, введен класс устройств нижнего уровня (KLowerDevice, KPnpLowerDevice). Естественно, для этого устройство должно знать, как управлять устройством нижнего уровня при помощи IRP.

Впрочем, подбная ситуация имеет место практически во всех современных ОС. Только в других системах это выражено менее ярко и не декларируется, как "официальная идеология".

Затрагивая тему управления аппаратурой, нельзя не упомянуть еще об одном способе управления устройствами. Иногда нет возможности использовать классы DriverWorks или функции DDK. Например, необходимо обратится непосредственно к портам ввода-вывода компьютера, в частности, к портам управления принтером. Напрямую сделать это из приложения пользователя, работающего под Win2000, невозможно. Все пользовательские программы работают в непривилегированном кольце защиты 3 и не могут выполнять ассемблерные команды типа inp / outp. Но драйвер работает в кольце защиты 0 и, фактически, может делать все что угодно. В этом случае следует переопределить методы класса устройства, например ReadFile(), WriteFile(), DeviceControl() - добавить туда ассемблерные вставки или код на С, выполняющий то, что нам необходимо сделать (чаще всего это обращение к портам ввода-вывода). Впрочем, любое обращение к портам ввода-вывода компьютера напрямую может оказаться опасным. Если программист допустит ошибку или неточность в манипуляциях с параллельным портом, то это, скорее всего, пройдет бесследно для системы. Но если он ошибется при обращении к портам управления таймером, винчестером или другими жизненно важными устройствами компьютера, то в лучшем случае система зависнет.

 

Объекты очередей и буферизация запросов.

 

Сколько операций может параллельно выполнять наше физическое устройство? Естественно, это определяется самой природой этого устройства. Многие виды оборудования могут одновременно делать что-то одно. Например, параллельный порт не может передать два байта за один раз при всем нашем желании, ведь физически это один канал передачи. Но ведь IRP - пакеты могут приходить в любое время! Поэтому большинство объектов устройств должны содержать какой-либо механизм для буферизации и упорядочивания (serialization) запросов, т.к. зачастую только один запрос может быть обработан в единицу времени. Самым простым и в то же время эффективным методом такой буферизации является очередь.

Объекты, внедренные в объект устройства, представлены в классе KDeviceQueue. Его методы не только реализуют манипуляцию с очередью, но и решают более интеллектуальные задачи. Например, есть метод, смысл которого может быть описан таким образом: "Если устройство сейчас обрабатывает запрос и занято, то помести новый запрос в очередь, иначе немедленно начни его обработку". Подобные методы сильно облегчают задачу буферизации запросов для объекта устройства. Но возможна и другая ситуация: устройство может одновременно обрабатывать запросы разного вида. К примеру, наше устройство - это дуплексный канал связи. Оно одновременно может и принимать, и передавать информацию. Если мы будем использовать для буферизации всех одну очередь, то такой подход является неэффективным. Поэтому система позволяет объектам устройств создавать дополнительные объекты очередей. Они реализованы в классе KDriverManagedQueue.

Буферизация запросов
Рис.5 - объект очереди, внедренный в объект драйвера.

Эти классы имеют методы, сходные с методами класса KDeviceQueue. Впрочем, ситуации, когда следует применять более одной очереди для буферизации запросов, встречаются не так уж и часто.

Обработка запросов на прерывание при помощи DriverWorks

В контексте данного руководства будем считать, что прерывание (Interrupt) - асинхронный аппаратный сигнал, который обычно возникает, когда периферийному устройству необходимы ресурсы процессора. "Асинхронный" означает то, что прерывание возникает в произвольные моменты времени (если вообще возникает). Прерывание заставляет процессор прервать выполнение программы, сохранить свое состояние, обработать поступивший запрос (вызывается процедура обработки прерывания, Interrupt Service Routine, ISR) и возобновить выполнение прерванной программы. При этом останавливаются все остальные процессы и потоки ОС вне зависимости от их приоритета.

Для того, чтобы удовлетворять разнообразным требованиям, возникающим при работе разнообразных устройств и программ на различных типах компьютеров, ОС предлагает концепцию уровня запроса на прерывание (Interrupt Request Level), IRQL. Всего существует 32 IRQL для данного процессора, пронумерованных от 0 до 31. При этом 0 - самый низкий приоритет, 31 - самый высокий.

31Сбой работы шины
29Сбой в цепи питания
28Запрос от другого процессора (в многопроцессорной системе)
Прерывания, доступные устройствам В/В
2Выполнение DPC
1Исключение защиты (page fault)
0Passive level
Табл. 1 - уровни IRQL.

Для катастрофических событий ОС резервирует самые приоритетные прерывания (31 - 29). Для программных прерываний - прерывания с самым низким приоритетом (2 - 1). PassiveLevel - обычный режим работы драйвера. IRQL, предоставляемые для работы системных устройств, находятся где-то посредине нумерации уровней. О том, как эти прерывания сопрягаются с архитектурой компьютера, заботится HAL.

Естественно, в любой момент процессор может обрабатывать только один запрос на прерывание. Обработка поступившего прерывания прервется только в том случае, если поступит прерывание с более высоким приоритетом.

При проектировании процедуры обработки прерывания следует минимизировать время, которое будет затрачено на обработку прерывания. Иначе процессор будет чересчур долго обрабатывать прерывание и ни один процесс не сможет возобновить свою работу. Когда вызывается ISR первое, что она должна сделать сообщить оборудованию, что запрос на прерывание получен и обработан. После этого можно завершать обработку прерывания. Но как тогда обработать данные, поступившие от устройства, если мы сразу же завершим обработку прерывания? Для этого введен механизм вызова отложенных процедур (Deferred Procedure Call, DPC). Перед завершением работы ISR следует вызвать отложенную процедуру (DPC). DPC начнет выполнятся, как только процессор освободится от обработки прерываний. DriverWorks предоставляет класс KDeferredCall, в котором инкапсулируются данные и методы, необходимые для использования механизма DPC.

DriverWorks инкапсулирует все функции, необходимые для обработки прерываний, в классе KInterrupt. Экземпляр класса KInterrupt должен быть создан, как свойство в классе устройства. Пусть в нашем случае класс устройства называется MyDevice, объект класса KInterrupt - m_TheInterrupt. Далее в классе устройства описывается функция ISR:

BOOLEAN MyDevice::TheIsr(void);
Далее, в методе OnStartDevice следует добавить код для привязки ISR к устройству:
status = m_TheInterrupt.InitializeAndConnect(pAssignedResource,Isr,Context,0,FALSE);
где Context - значение без типа (void), передаваемое ISR.
 Isr - адрес ISR, процедуры обработки прерываний.

Теперь осталось только добавить в конструктор следующий код:

VOID MyDevice::MyDevice(void)
{
. . .
status = m_TheInterrupt.InitializeAndConnect(pAssignedResource,
LinkTo(Isr), this, 0, FALSE );
. . .
}
Для отключения ISR следует вызвать метод Disconnect().

Естественно, данное описание не претендует быть полным описанием такой важной темы, как обработка прерываний и связанные с ней проблемы. Но в примере драйвера, описываемом ниже, отсутствует реакция на прерывания, а не упомянуть о них нельзя. Для более подробного обзора темы прерываний и DPC следует обратиться к документации DriverWorks или DDK.




Комментарии

 Ваш комментарий к данному материалу будет интересен нам и нашим читателям!



Последние статьи: Программирование под ОС / Assembler /

Первая программа на linux
23-05-2010   

Ассемблер, который я буду использовать - NASM (Netwide Assembler, nasm.2y.net). Этот выбор объясняется тем, что: Во первых, он мультиплатформенный, т.е. для портирования программы на разные ОС достаточно только изменить код взаимодействия с системой, а всю программу переписывать не нужно... подробнее

Кол. просмотров: общее - 3317 сегодня - 1

Использование пакета NuMega Driver Studio для написания WDM - драйверов устройств
17-05-2010   

Разработка WDM - драйвера с использованием только DDK является сложной и трудоемкой задачей. При этом приходится выполнять много однотипных операций: создание скелета драйвера, написание inf - файла для его установки, создание приложения для тестирования и т.п... подробнее

Кол. просмотров: общее - 2884 сегодня - 1

Система классов DriverWorks
17-05-2010   

Возможно, идея писать драйвера объектно-ориентированными и кажется на первый взгляд нелогичной. Но при более близком знакомстве с DriverStudio и с драйверами в общем, оказывается, что это не так уж страшно и довольно удобно... подробнее

Кол. просмотров: общее - 3013 сегодня - 1

Объект устройства device object
17-05-2010   

Объекты устройств являются экземплярами класса KDevice или KPnpDevice. Эти классы являются краеугольными камнями архитектуры DriverWorks: они представляют собой как бы программный образ тех устройств, которые присутствуют в системе... подробнее

Кол. просмотров: общее - 3007 сегодня - 0

Объекты для управления оборудованием
17-05-2010   

Как было упомянуто выше, объект устройства управляет работой устройства при помощи специальных объектов, управляющих работой оборудования - портами В/В, прерываниями, памятью, контроллерами ПДП. Драйвер создает эти объекты для представления физических параметров устройства... подробнее

Кол. просмотров: общее - 3213 сегодня - 1



  WWW.COMPROG.RU - 2009-2012 | Designed and Powered by Zaipov Renat | Projects