Windows 2K平臺下多機通信卡及其驅(qū)動程序的開發(fā)

在工業(yè)現(xiàn)場，監(jiān)控系統(tǒng)經(jīng)常采用RS-485/423/422通信標(biāo)準(zhǔn)。然而，在Windows2K平臺下，復(fù)雜的多機通信和大數(shù)據(jù)量的傳輸會加重計算機的負(fù)擔(dān)。作者采用自制的多機通信卡解決了這一問題。本文介紹了Windows2K平臺下多機通信的基本原理，論述了多機通信卡的設(shè)計方法，進一步闡述了驅(qū)動程序設(shè)計的一般原則。

關(guān)鍵詞：RS-485，單片機，多機通信，WDM

1 引言

在電力監(jiān)控系統(tǒng)中，為保證數(shù)據(jù)通信的可靠性，從機經(jīng)常采用RS-485標(biāo)準(zhǔn)接口同主機進行通信。通常，主機是一臺安裝有Windows9X、WinNT或Windows2K等操作系統(tǒng)的計算機。從機為8051單片機系統(tǒng)，8051串行口的輸入輸出為TTL電平，抗干擾性較差，只能在幾米的范圍之內(nèi)傳輸數(shù)據(jù)。

為了增強抗干擾性，提高串地通信的可靠性，增加傳輸距離，必須采用標(biāo)準(zhǔn)串行總線接口。若將串行口的輸入輸出電平轉(zhuǎn)換成目前流行的RS-485標(biāo)準(zhǔn)串行總線接口，那么主機也必須完成相應(yīng)的RS-485轉(zhuǎn)換接口。普遍采用的做法是給計算機外接一個RS-485/232轉(zhuǎn)換接口卡，利用現(xiàn)有的RS-232接口完成主機同從機之間的通信。

在單機通信的情況下，這種做法是可以的。但是在多機通信中，實現(xiàn)起來非常麻煩，而且會大量占用計算機CPU的時間。下面介紹Windows平臺實現(xiàn)通信的幾種基本方式，以及開發(fā)多機通信卡的方法和技巧。

2 Windows平臺下多機通信方式

利用計算機的串行通信適配器，其核心為可編程異步收發(fā)器 UART8250芯片，8250由10個可尋址寄存器供CPU讀/寫，實現(xiàn)與外界的數(shù)據(jù)通信，制動通信協(xié)議和提供通信狀態(tài)信息。這樣，可以滿足單機通信的要求。

8051單片機的串行通道是一個全雙工的串行通信口，既可以實現(xiàn)雙機通信，也可以實現(xiàn)多機通信。當(dāng)串行口工作在方式2或方式3時，若特殊功能寄存器SCON的SM2由軟件置為“1”，則為多機方式；若SM2置為“0”，則為9位異步通信方式。

在多機通信時，8051的幀格式是11位，其中第9位是SCON中的TB8，它是多機通信時發(fā)送地址（TB8=1）或發(fā)送數(shù)據(jù)（TB8=0）的標(biāo)志。

計算機的串行通信接口芯片8250并不具有多機通信的功能，也不能產(chǎn)生類似8051的TB8。為了完成多機通信的功能，一般的實現(xiàn)方式是：

計算機給每臺8051單片機系統(tǒng)發(fā)送9位數(shù)據(jù)，查詢是否有要發(fā)送的數(shù)據(jù)，并等待應(yīng)答。若有，則接收數(shù)據(jù)；沒有，則繼續(xù)查詢下一臺。由此可以看出，這種通信方式速度是很慢的（如果有一臺8051長時間沒有響應(yīng)，則耗時更長），而且也并不可靠，從機的臺數(shù)越多則計算機的資源浪費就會越嚴(yán)重。這種實現(xiàn)方式效率不高，不能滿足我們的通信要求。

因此，直接利用計算機串口的方式進行通信是行不通的。為了盡可能減輕CPU的負(fù)擔(dān)，采用自行設(shè)計的智能通信卡，利用中斷方式的通信（這里指的是從機與通信卡之間的通信方式），來解決這個問題。

3 通信卡與多個8051通信的原理

為完成異步串行通信，首先就需要實現(xiàn)異步收發(fā)器的功能，其次還要實現(xiàn)多機通信時發(fā)送的幀格式?？紤]到8051除了實現(xiàn)異步收發(fā)的功能外，還可以編制控制程序，使用起來更加靈活、方便，因此，用8051來實現(xiàn)異步收發(fā)器。為了提高通信速度，從機與通信卡之間采用中斷通信方式。

具體的實現(xiàn)方案如圖1所示。

圖示的這種硬件結(jié)構(gòu)，使從機解放出來，平時不必處于監(jiān)聽狀態(tài)。當(dāng)計算機要求通信時，可以利用多機通信卡的處理器向從機發(fā)出中斷信號，即通信卡通過3487（TTL電平轉(zhuǎn)換為RS-485電平），從機通過3486（RS-485電平轉(zhuǎn)換為TTL電平）進行從機中斷信號聯(lián)系。從機進入中斷服務(wù)程序后，則關(guān)閉外部中斷，保護現(xiàn)場，監(jiān)聽主機發(fā)送的地址信號，并對其進行識別，如果與本機地址相符，取消監(jiān)聽，進入通信狀態(tài)。

通信卡與計算機進行通信是通過數(shù)據(jù)接口和譯碼電路實現(xiàn)的。該接口卡利用中斷方式與計算機通信，即通信卡向計算機發(fā)出中斷請求，計算機接收到相應(yīng)中斷請求后，執(zhí)行數(shù)據(jù)收發(fā)的任務(wù)。其中，計算機對通信卡的訪問是利用內(nèi)存映射方式實現(xiàn)的。

4 通信卡設(shè)計

該通信卡基于ISA總線工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。它的設(shè)計主要分為三個部分：地址譯碼電路、數(shù)據(jù)接口電路和控制邏輯電路。

（1）地址譯碼電路

由于采用的是端口統(tǒng)一編址的方式（也就是給每一個I/O端口分配一個存儲器地址），I/O端口的尋址信號由地址總線通過譯碼得到。CPU用存儲器讀寫指令對I/O接口進行讀寫，此時，I/O端口的讀寫操作控制信號采用存儲器讀（MEMR）和存儲器寫（MEMW）信號。而在通信卡上為實現(xiàn)內(nèi)存映射就必須完成相應(yīng)的譯碼轉(zhuǎn)換，也就是將對應(yīng)的雙口RAM地址與分配的地址空間對應(yīng)起來，實現(xiàn)地址的轉(zhuǎn)換。

實現(xiàn)時，采用動態(tài)配置內(nèi)存映射設(shè)備，改變內(nèi)存映射端口的地址也相對方便，比老式的ISA[1]接口用跳線配置要優(yōu)越些。該雙口RAM為8K，但計算機能夠訪問的只有4K。其中CTRL線是8K RAM的控制線，通過該線可以實現(xiàn)“乒乓”結(jié)構(gòu)[1]的數(shù)據(jù)傳輸。

（2）數(shù)據(jù)接口電路

數(shù)據(jù)接口電路實現(xiàn)數(shù)據(jù)線的驅(qū)動功能。盡管很多計算機主板的數(shù)據(jù)總線都經(jīng)過驅(qū)動，但為了確保可靠性，數(shù)據(jù)總線不應(yīng)直接與雙口RAM相連接，而是通過數(shù)據(jù)驅(qū)動器件與數(shù)據(jù)線相連。

（3）控制邏輯電路

控制邏輯電路是與計算機通信的核心部分，該部分主要是實現(xiàn)“乒乓”結(jié)構(gòu)的硬件控制部分。當(dāng)存儲器中的RAM達到HALF READY（半滿狀態(tài)）時發(fā)出中斷申請實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，同時，將CTRL狀態(tài)取反，使得計算機訪問的是其中的一半，即實現(xiàn)了數(shù)據(jù)傳輸?shù)摹捌古摇苯Y(jié)構(gòu)。此外，數(shù)據(jù)的讀寫控制也通過控制邏輯實現(xiàn)。

89C52實現(xiàn)與從機多機通信，同時將得到的數(shù)據(jù)存入雙口RAM中，控制邏輯協(xié)調(diào)RAM的數(shù)據(jù)讀寫工作。

5 設(shè)備驅(qū)動程序的設(shè)計

在Windows 9x下的VxD（虛擬設(shè)備驅(qū)動程序）相比，Windows 2K下的WDM（Windows設(shè)備驅(qū)動模型）驅(qū)動程序要復(fù)雜一些。

WDM驅(qū)動程序是分層的，不同層上的驅(qū)動程序有著不同的優(yōu)先級[2]。此外，WDM還引入了FDO（功能設(shè)備對象）與PDO（物理設(shè)備對象）兩個新類來描述硬件。

在開發(fā)驅(qū)動程序過程中，使用了DriverStudio中的DriverWorks工具用來創(chuàng)建WDM框架。

DriverWorks提供用于訪問內(nèi)存映射地址的類KmemoryRange和KmemoryRegister。實現(xiàn)步驟如下：

（3）在初始化成功后，可以調(diào)用類KmemoryRange的成員函數(shù)實現(xiàn)對內(nèi)存映射地址寄存器[2]的訪問。

在驅(qū)動程序的開發(fā)中還涉及到硬件中斷的處理。具體地說，首先安裝一個中斷服務(wù)例程（ISR），當(dāng)相應(yīng)的中斷發(fā)生時，內(nèi)核調(diào)用它的中斷服務(wù)例程。中斷服務(wù)例程的第一個工作是判斷該中斷是否由自己的設(shè)備產(chǎn)生。如果不是，則返回FALSE，交給其他的中斷服務(wù)例程；如果是，則處理該中斷，并返回TRUE。

同樣，DriverWorks提供Kinterrpt和KdefrredCall類處理中斷。具體編程如下：

6 結(jié)束語

由于在接口卡中采用了89C52芯片完成數(shù)據(jù)收發(fā)工作，同時協(xié)助主機進行信號的處理，這在很大程度上減輕了主機的負(fù)擔(dān)，加速了I/O操作。在驅(qū)動程序的編制上，采用了WDM驅(qū)動模型，這樣可以很方便地將程序移植到任何支持WDM模型的操作系統(tǒng)中去。

參考文獻

1 路友榮編著.PC系列微機接口擴展設(shè)計.成都：成都科技大學(xué)出版社，1994

2 尤晉元，史美琳等編著.Windows操作系統(tǒng)原理.北京：機械工業(yè)出版社，2001

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Windows WDM設(shè)備驅(qū)動程序開發(fā)指南

書主要介紹Windows 98和Windows 2000新的驅(qū)動程序模型(WDM)。描述了WDM設(shè)備驅(qū)動程序的結(jié)構(gòu)、功能和開發(fā)方法.

2011-12-12 15:31:25

WinCE的OLED驅(qū)動程序設(shè)計

以維信諾VGG13264C 132×64 OLED 顯示模塊的WindowsCE 驅(qū)動程序設(shè)計為例，詳細(xì)闡述了嵌入式Windows CE 驅(qū)動程序的開發(fā)過程，并對設(shè)計實現(xiàn)的驅(qū)動程序進行了測試

2012-03-26 16:10:22

1891

Windows 2000下WDM驅(qū)動程序的研究與開發(fā)

本文分析研究了 Windows 2000 下 WDM 驅(qū)動程序的基本原理。以 Microsoft 的 DDK 為開發(fā)工具，開發(fā)了基于 PCI 總線的通信接口板的 WDM 驅(qū)動程序。證實了該驅(qū)動程序有很大的實用價值，且有助于對操作系統(tǒng)的理解。

2016-04-18 10:02:17

Windows CENET環(huán)境下的流接口驅(qū)動程序開發(fā)

針對在Windows CE.NET環(huán)境下進行驅(qū)動程序設(shè)計的難點及其設(shè)計時的具體特點和要求主要介紹了基于Windows CE的兩種驅(qū)動模型即本機驅(qū)動程序和流接口驅(qū)動程序并重點對流接口驅(qū)動程序開發(fā)方法

2016-04-18 10:02:17

Windows CEnet設(shè)備驅(qū)動程序開發(fā)研究

本文介紹了Windows CE. net的平臺結(jié)構(gòu) 闡述了Windows CE驅(qū)動的系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 對驅(qū)動中斷處理過程進行了詳細(xì)分析。并以LCD驅(qū)動為例簡了嵌入式Windows CE驅(qū)動程序的開發(fā)過程。

2016-04-18 10:02:17

Windows CENET中斷架構(gòu)分析和高速AD驅(qū)動程序的開發(fā)

本文分析了Windows CE.NET嵌入式實時系統(tǒng)的中斷架構(gòu)和流式驅(qū)動架構(gòu) 及其設(shè)備驅(qū)動程序的開發(fā)方法。實現(xiàn)了該系統(tǒng)下的高速AD驅(qū)動程序的開發(fā)并進行了實際測試。

2016-04-18 10:02:17

Windows CE平臺上開發(fā)采集板驅(qū)動程序

應(yīng)用的艾訊AX10410A型高速數(shù)據(jù)采集板為例介紹了Windows CE 操作系統(tǒng)的設(shè)備驅(qū)動程序的開發(fā)過程。經(jīng)過測試效果良好。

2016-04-18 10:02:17

Windows CE驅(qū)動程序開發(fā)

不同的嵌入式系統(tǒng)硬件平臺，往往有其獨有或特殊的設(shè)備，而這些設(shè)備的Windows CE驅(qū)動程序設(shè)計問題是開發(fā)人員經(jīng)常遇到的。本文著重闡述了Windows CE體系結(jié)構(gòu)和中斷機制、Windows CE

2016-04-18 10:13:45

Windows CE設(shè)備驅(qū)動程序開發(fā)

本文介紹了 Windows CE 體系結(jié)構(gòu)和開發(fā) wince 設(shè)備驅(qū)動程序的過程，闡述了設(shè)備驅(qū)動程序模型、設(shè)備驅(qū)動結(jié)構(gòu)和中斷處理。 Windows CE 操作系統(tǒng)支持4種設(shè)備驅(qū)動模型：本機設(shè)備驅(qū)動，流接口設(shè)備驅(qū)動，USB 設(shè)備驅(qū)動， NDIS 網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動。

2016-04-18 10:13:45

Windows CE在指紋傳感器設(shè)備驅(qū)動程序開發(fā)中的應(yīng)用

本文介紹了Windows CE操作系統(tǒng)的設(shè)備驅(qū)動結(jié)構(gòu)和驅(qū)動實現(xiàn)方式，以一個嵌入式指紋識別系統(tǒng)的指紋傳感器設(shè)備驅(qū)動的開發(fā)為例，介紹了Windows CE操作系統(tǒng)的設(shè)備驅(qū)動程序的開發(fā)過程。

2016-04-18 10:27:01

基于WinCE的串行外設(shè)接口驅(qū)動程序設(shè)計實現(xiàn)

Windows CE是適于32位智能便攜式設(shè)備產(chǎn)品的一個模塊化、實時、嵌入式操作系統(tǒng)，以其為平臺的產(chǎn)品越來越多。本文簡要介紹了WinCE組成及其驅(qū)動程序的結(jié)構(gòu)，結(jié)合CEPB下開發(fā)SPI驅(qū)動程序的實例，說明了驅(qū)動程序所應(yīng)包含的必要函數(shù)及應(yīng)用程序中對它們的調(diào)用形式。

2016-03-29 14:26:42

基于Windows CE.NET的設(shè)備驅(qū)動程序開發(fā)

本文闡述了設(shè)備驅(qū)動程序的概念和結(jié)構(gòu) 介紹了 Windows CE. NET環(huán)境下開發(fā)驅(qū)動程序的特點以及一些常用的開發(fā)工具并以華恒科技的 HHARM9 - EDU 開發(fā)板的觸摸屏驅(qū)動程序 對 Windows CE. NET環(huán)境下開發(fā)具體驅(qū)動程序作了解釋。

2016-04-18 11:28:14

基于Windows CE的USB設(shè)備驅(qū)動程序設(shè)計

本文針對Windows CE下USB外圍設(shè)備的驅(qū)動開發(fā)問題對Windows CE下USB系統(tǒng)軟件的結(jié)構(gòu)和USB設(shè)備驅(qū)動程序的入口點函數(shù)進行了研究并且重點介紹了采用流接口函數(shù)的USB設(shè)備驅(qū)動程序的設(shè)計與實現(xiàn)。

2016-04-18 11:28:14

MCGS嵌入式設(shè)備與UPS的通信驅(qū)動程序開發(fā)_張曉明

MCGS嵌入式設(shè)備與UPS的通信驅(qū)動程序開發(fā)_張曉明

2017-01-18 20:21:17

WindowsCE5的驅(qū)動程序的代碼和結(jié)構(gòu)、安裝過程

微軟Windows CE 5TSC2101觸覺和音頻驅(qū)動程序已經(jīng)開發(fā)，和代碼已經(jīng)在英特爾Mainstone II開發(fā)平臺進行測試。這申請報告討論這些TSC2101的驅(qū)動程序，包括硬件連接

2017-05-23 15:35:06

Windows CE的驅(qū)動程序開發(fā)解析

的人奉獻一點出來，讓大家減少一些研究驅(qū)動源碼而又缺少注釋所帶來的痛苦。我想即使讀者看過微軟的關(guān)于驅(qū)動開發(fā)的培訓(xùn)教材和CE幫助文檔中的驅(qū)動部分，頭腦中仍然一片茫然。要想真正了解驅(qū)動程序必須結(jié)合一些驅(qū)動程序源碼，在此

2017-11-06 14:29:20

微軟發(fā)布開源框架驅(qū)動程序模塊新框架

為了方便開發(fā)人員為Windows編寫驅(qū)動程序，微軟昨天發(fā)布了一個開源框架驅(qū)動程序模塊框架（DMF）。這個新框架將允許開發(fā)人員編寫簡單和結(jié)構(gòu)化的Windows驅(qū)動程序框架（WDF）驅(qū)動程序并在驅(qū)動程序之間共享代碼。

2018-08-22 11:37:12

961

Linux設(shè)備驅(qū)動程序的平臺驅(qū)動程序和字符驅(qū)動程序介紹

了解Linux設(shè)備驅(qū)動程序的基礎(chǔ)知識，重點介紹平臺驅(qū)動程序和字符驅(qū)動程序。提出了簡單的平臺驅(qū)動程序實現(xiàn)和簡單的字符驅(qū)動程序實現(xiàn)。

2018-11-27 06:32:00

3949

微軟改變處理Windows 10不兼容驅(qū)動程序的方法

用戶時不時地會看到有關(guān)Windows Update安裝與新版本OS不兼容的設(shè)備驅(qū)動程序的報告。Windows 10驅(qū)動程序經(jīng)常被不小心推送到設(shè)備上，并且不兼容的驅(qū)動程序會導(dǎo)致各種問題。

2020-01-10 11:04:11

3065

Windows 10有關(guān)錯誤或阻止驅(qū)動程序更新

在某些情況下，用戶需要使用自定義驅(qū)動程序而不是Windows Update提供的版本sp）。為此，Windows 10還允許用戶在其設(shè)備上手動安裝設(shè)備驅(qū)動程序。

2020-03-08 12:38:38

2369

微軟宣布Windows 10驅(qū)動程序更新重大改進將分階段推出驅(qū)動程序更新

對于微軟來說，他們正在通過新的方法，來解決Windows 10驅(qū)動程序更新中可能出現(xiàn)的問題，畢竟去年Intel和其他制造商的驅(qū)動程序給Windows 10用戶帶來了無盡的麻煩。

2020-03-11 10:11:45

1643

基于WDM驅(qū)動程序模型實現(xiàn)過濾器驅(qū)動程序的開發(fā)設(shè)計

的升級，WDM已經(jīng)成為Windows 2000系統(tǒng)下驅(qū)動程序開發(fā)的主流。作為WDM模型之中一類特殊的驅(qū)動程序，過濾器驅(qū)動程序（Filter driver）可以在不更改現(xiàn)有驅(qū)動程序的情況下，方便地修改、增加

2020-09-19 15:54:11

2776

Windows驅(qū)動程序和應(yīng)用程序開發(fā)定制服務(wù)

隨著移動端設(shè)備的日益發(fā)展，越來越多的軟件工程師偏向移動端的開發(fā)。Windows 軟件開發(fā)工程師日漸稀缺。安信考慮到市場和客戶的需要，開展Windows驅(qū)動程序和應(yīng)用程序開發(fā)定制服務(wù)。

2021-07-14 10:18:50

409

用于SPI軟件的Windows 7驅(qū)動程序

用于SPI軟件的Windows 7驅(qū)動程序

2021-06-10 15:13:41

Windows驅(qū)動程序的類型

驅(qū)動程序不是一定需要與硬件通訊，如果需要訪問操作系統(tǒng)核心數(shù)據(jù)，往往應(yīng)用程序沒有足夠的權(quán)限，這種情況則需要在內(nèi)核模式下進行訪問。就上面5種驅(qū)動類型，筆者參考著微軟的驅(qū)動例子開發(fā)過鼠標(biāo)鍵盤設(shè)備過濾驅(qū)動 和網(wǎng)絡(luò)過濾軟件驅(qū)動程序，所以對驅(qū)動開發(fā)的理解仍在淺水區(qū)，如在閱讀過程中發(fā)現(xiàn)有誤的地方，還請不吝指出。

2021-07-14 09:50:09

2631

驅(qū)動程序開發(fā)步驟

驅(qū)動程序開發(fā)步驟編寫一個驅(qū)動程序的大致流程如下： 1）查看原理圖，數(shù)據(jù)手冊，了解設(shè)備的操作方法； 2）在內(nèi)核中找到相近的驅(qū)動程序，作為模板來開發(fā)，有時要從零開始； 3）實現(xiàn)驅(qū)動程序的初始化，比如

2021-12-29 14:51:34

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Windows 2K平臺下多機通信卡及其驅(qū)動程序的開發(fā)

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