采用VXD技術(shù)實現(xiàn)實的通信

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(yīng)用程序，通過獨特的任務(wù)調(diào)度算法實現(xiàn)CPU的分時多任務(wù)處理方式。多任務(wù)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(wù)更具吸引力。在視窗操作系統(tǒng)里可以進(jìn)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(wù)同時執(zhí)行，Windows98讓每個MS-DOS應(yīng)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(yīng)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(fù)責(zé)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(hù)）彼此聯(lián)系。由所有VXDs開放出的服務(wù)接口（API）組成了一個服務(wù)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(wù)。

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(yīng)用程序線程優(yōu)先級的方法是不夠的。因為Win32應(yīng)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(jìn)行操作。VXD的這個特點正是實時通信建立所必須的。

設(shè)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(hù)一個IDT結(jié)構(gòu)，當(dāng)中斷發(fā)生時，CPU先保護(hù)中斷現(xiàn)場，然后經(jīng)由當(dāng)前VM的IDT把這個中斷引導(dǎo)至相應(yīng)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(wù)。

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(fù)責(zé)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(yīng)用程序間的時間片分配。調(diào)度器也時應(yīng)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(yīng)。當(dāng)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(yīng)用程序可直接通信。Win32應(yīng)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(wù)。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(yīng)用程序通信。She11.VXD為所有希望以消息機制和Win32應(yīng)用程序通信的VXD提供了這一服務(wù)。

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(dāng)它的服務(wù)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(dāng)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(hù)。