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采用VXD技術(shù)實現(xiàn)實的通信
摘要：討論Windows虛擬設備驅(qū)動（VXD）技術(shù)，并采用此項技術(shù)示范性地做出應用于PC串口實時通信的虛擬驅(qū)動程序，找到一種可以在PC中實現(xiàn)實時通信的途徑。引言
在微軟的視窗操作系統(tǒng)中，系統(tǒng)內(nèi)核掌管所有的應用程序，通過獨特的任務調(diào)度算法實現(xiàn)CPU的分時多任務處理方式。多任務處理對大多數(shù)用戶可能是件好事，但是對那些想把實時通信建立在Windows操作系統(tǒng)上的特殊用戶來說，操作界面的圖形化并不比MS-DOS的單任務更具吸引力。在視窗操作系統(tǒng)里可以進行實時通信和控制碼？答案是：VXD技術(shù)可以幫我們在獲取友好的人機界面的同時還擁有很強的實時性。
1 VXD技術(shù)解析
VXD技術(shù)可追溯到Windows3.1，它的引入就是要讓操作系統(tǒng)實現(xiàn)多工以及硬件資源的共享。為了支持多個MS-DOS任務同時執(zhí)行，Windows98讓每個MS-DOS應用程序在各自的虛擬機（VM）上運行，各自互不相干；而所有的Widnows應用程序卻都在一個虛擬機上運行。圖1所示的結(jié)構(gòu)框圖很好地說明了Windows98的整體架構(gòu)。
圖1中，由眾多的VXD組成系統(tǒng)級代碼處于最底層。其中，處于中心地位的是一名為VMM32的VXD，它負責協(xié)調(diào)和管理所有的VXDs。其它VXDs則通過消息機制（這個消息機制由VMM32.VXD來維護）彼此聯(lián)系。由所有VXDs開放出的服務接口（API）組成了一個服務網(wǎng)，它們彼此通過合作的方式，提供Windows98的系統(tǒng)底層驅(qū)動服務。
從以上Windows98系統(tǒng)架構(gòu)可以看出，要想在視窗平臺下獲取很強的實時性，僅靠提升應用程序線程優(yōu)先級的方法是不夠的。因為Win32應用程序代碼屬于Ring3級，而VXD代碼則屬于Ring0級；采用VXD撰寫的實時通信程序可以完全不受代碼限制，可以直接對硬件進行操作。VXD的這個特點正是實時通信建立所必須的。
設計實時通信的VXD前，先解釋以下幾個問題：
①VMM32使用VPICD.VXD虛擬化每個硬件和軟件中斷。VMM32為每個虛擬機（VM）維護一個IDT結(jié)構(gòu)，當中斷發(fā)生時，CPU先保護中斷現(xiàn)場，然后經(jīng)由當前VM的IDT把這個中斷引導至相應的中斷處理程式。
中斷的虛擬化，使我們有機會給每個中斷提供新的中斷處理函數(shù)，并可以讓多個硬件共享同一個中斷號。VPICD.VXD為我們提供這些服務。
②VMM有兩個調(diào)度器，用以在多個線程和VMs之間實現(xiàn)搶占式多工。主調(diào)度器負責選定下一個將被執(zhí)行的線程。這個選擇可以是一個，也可以是多個。然后，主調(diào)度器把選擇結(jié)果送給所謂的時間片調(diào)度器，并由后者完成各個應用程序間的時間片分配。調(diào)度器也時應用程序經(jīng)由呼叫Win32線程優(yōu)先調(diào)整API（如SetThreadPriority和SetPriorityClass等）做出回應。當中斷發(fā)生時，VMM32自動提升中斷處理函數(shù)所在VM之優(yōu)先級，保證中斷處理函數(shù)能及時被執(zhí)行。
③VXD和Win32應用程序可直接通信。Win32應用程序可通過一個系統(tǒng)API（DevicelOControl（…））來呼叫位于底層的VXD為其服務。在呼叫VXD前，首先必須調(diào)用CreatFile（…）這個API加載該VXD（如果該VXD是一個靜態(tài)VXD，則不用加載）。所有的呼叫動作其實都通過VMM32完成。VXD也可以通過消息方式和位于上層的Win32應用程序通信。She11.VXD為所有希望以消息機制和Win32應用程序通信的VXD提供了這一服務。
以上是編寫一個串口通信驅(qū)動需要的系統(tǒng)層面知識。對于Windows底層的了解。
2 用VXD實現(xiàn)一個實時串口通信驅(qū)動
接下來用VXD技術(shù)實現(xiàn)一個實時串行通信的驅(qū)動。這個VXD是一個動態(tài)（Dynamic）VXD，當它的服務被呼叫時，VMM32會動態(tài)加載這個VXD。作者采用的工具是C 98DDK。當然也可以使用其它的工具，如MASM6.11（或更高版本）、VtoolsD。用C搭配DDK完成VXD構(gòu)建的好處是，可以使用C語言完成絕大部分的程序，程序比較容易閱讀和維護。
用C來實現(xiàn)一個VXD驅(qū)動，需要準備如下條件：一個.ASM的匯編語言接口文件（在其中定義VXD要處理的系統(tǒng)消息和輸出API），一個.C的函數(shù)實現(xiàn)文件（在其中完成自己函數(shù)實體），一個.DEF的定義文件（在其中定義VXD中各個段的別名并匯成一個DDB）和一個.MAK檔（用來編譯并連接生成VXD，可有可無）。在這里，僅給出用C實現(xiàn)的函數(shù)檔。至于其它的文件，可以從本文所列的參考書目或其它文獻中找到相關文檔的說明。
這個串口通信驅(qū)動程序的功能是：實時送出一個Byte的數(shù)據(jù)，實時接收一個Byte的數(shù)據(jù)。作為演示之用，并沒有加入其它代碼。該VXD驅(qū)動主要由如下3個系統(tǒng)消息（由VMM32來維護和管理）處理函數(shù)組成，其代碼如下：
（1）OnSysDynamicDeviceInit()函數(shù)
BOOL OnSysDynamicDeviceInit()
{ //OnSysDynamicDeviceInit
irqhandle=VPICD_Virtualize_IRQ((DWORD)(
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