付笑宇 張線媚

摘 要：WinIo 3.0軟件包只提供了在C#使用WinIo的用例，且沒有提供WinIo.lib文件，使得VC 2010下無法直接使用WinIo。在VC 2010下對WinIo 3.0的源碼重新進(jìn)行編譯生成WinIo.lib，修改WinIo.h文件后VC 2010下即可直接使用WinIo。給出了一個(gè)應(yīng)用樣例，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該方法安全、簡潔、高效。

關(guān)鍵詞：內(nèi)核態(tài) WDF 驅(qū)動(dòng)程序 I/O端口

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1672-3791（2015）05（a）-0020-02

在電網(wǎng)實(shí)時(shí)測控系統(tǒng)研發(fā)過程中，需要使用in和out指令對測控單元的端口直接進(jìn)行讀寫，但X86CPU的硬件保護(hù)機(jī)制將I/O指令指定為特權(quán)指令，禁止用戶態(tài)的應(yīng)用程序訪問I/O端口。用戶態(tài)的應(yīng)用程序只能通過運(yùn)行于核心態(tài)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序提供的API間接地訪問I/O端口，實(shí)時(shí)性較差。

Windows操作系統(tǒng)為用戶提供了WDM （Windows Driver Model）[1]架構(gòu)，用于編寫設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。WDM架構(gòu)異常復(fù)雜，要求開發(fā)人員對Windows系統(tǒng)內(nèi)部的管理機(jī)制非常熟悉，有豐富的系統(tǒng)級應(yīng)用開發(fā)的經(jīng)驗(yàn)，驅(qū)動(dòng)程序的調(diào)試相對困難，其安全性與效率無法保障。

Yariv Kaplan在2010年發(fā)布開源軟件WinIo 3.0[2]，它采用了非文檔化的Windows API（native API）和其它一些底層編程技巧繞過Windows安全保護(hù)機(jī)制，Windows下的應(yīng)用程序程序可直接對I/O端口進(jìn)行操作、

1 WinIo 3.0簡介

WinIo 3.0支持32位和64位版的Windows 7/8，它提供了10個(gè)庫函數(shù)，用于對I/O端口和內(nèi)存物理存儲(chǔ)單元的直接讀寫。WinIo軟件包由WinIo.sys、winio_nt.h、Winio.h、WinIo.dll、WinIo.lib（未提供，需要用戶在VC2010下生成）等5個(gè)核心文件組成。與I/O端口操作相關(guān)的4個(gè)函數(shù)如下：

（1）WinIo庫函數(shù)初始化。

WINIO_API bool -stdcall InitializeWinIo（）；

（2）卸載WinIo庫函數(shù)。

WINIO_API void -stdcall ShutdownWinIo（）；

（3）I/O端口讀操作函數(shù)。

WINIO_API bool _stdcall GetPortVal（WORD wPortAddr，PDWORD pdwPortVal，BYTE bSize）；

參數(shù)wPortAddr為端口地址，16位整型變量或常量；參數(shù)pdwPortVal為指向一存放讀取端口內(nèi)容的32位整型變量指針；參數(shù)bSize為實(shí)際讀取的字節(jié)數(shù)，8位整型變量或常量，取值范圍為1、2或4，表示讀操作的對象為8位、16位或32位端口。

（4）I/O端口寫操作函數(shù)。

WINIO_API bool _stdcall SetPortVal（WORD wPortAddr，DWORD dwPortVal， BYTE bSize）；

參數(shù)wPortAddr為端口地址，16位位整型變量或常量；參數(shù)dwPortVal為要寫入端口的32位整型變量或常量；參數(shù)bSize為實(shí)際寫出的字節(jié)數(shù)，取值范圍為1、2或4，表示寫操作的對象為8位、16位或32位端口。

2 VC 2010下WinIo 3.0的應(yīng)用

2.1 VC 2010下WinIo.lib的生成

WinIo 3.0軟件包的Source文件夾下包含了WinIo的源文件及其所需的資源，其下的DLL文件夾為VC 2010的WinIo項(xiàng)目文件夾。生成WinIo.lib文件的步驟如下。

（1）雙擊“WinIo.sln”啟動(dòng)WinIo項(xiàng)目。

（2）在VC 2010 IDE下打開“生成”菜單，單擊“生成WinIo”。

生成的WinIo.lib文件它存放于“.＼Suorce＼DLL＼Debug”文件夾。注意：VC 2010學(xué)習(xí)版不能生成WinIo.lib文件。

2.2 VC 2010下WinIo應(yīng)用環(huán)境配置

（1）創(chuàng)建一個(gè)Win32控制臺(tái)應(yīng)用項(xiàng)目。

啟動(dòng)VC 2010，創(chuàng)建一個(gè)“Win32控制臺(tái)應(yīng)用程序”的WinIoDemo項(xiàng)目，在VC2010 IDE下打開“生成”菜單，單擊“生成WinIoDemo”。

（2）復(fù)制WinIo核心文件到制定的文件夾。

將WinIo 3.0軟件包的Source文件夾下的winio_nt.h、Winio.h與WinIo.lib復(fù)制到WinIoDemo項(xiàng)目文件夾下，WinIo.sys與WinIo.dll復(fù)制到WinIoDemo項(xiàng)目文件夾下的Debug文件夾。

（3）修改Winio.h文件。

將Winio.h中的“#include"..＼drv＼winio_nt.h"”，修改為“#include "winio_nt.h"”；

（4）配置鏈接器附加依賴項(xiàng)。

在VC 2010 IDE下打開“項(xiàng)目”菜單，單擊“屬性”，打開項(xiàng)目屬性頁對話框，打開“配置屬性”目錄樹，選擇“鏈接器”下的“輸入”子項(xiàng)，在“附加依賴項(xiàng)”中添加“WinIo.lib”，如圖1所示。WinIo應(yīng)用環(huán)境配置完成，用戶可以編寫自己的源代碼進(jìn)行調(diào)試。

2.3 CMOS RAM讀寫實(shí)例

PC機(jī)的主板上集成有CMOS實(shí)時(shí)時(shí)鐘，為操作系統(tǒng)提供時(shí)間信息：年、月、日與時(shí)、分、秒。它附有128或256個(gè)字節(jié)的RAM，用于存放時(shí)間與硬盤、內(nèi)存、顯示卡等最基本的硬件配置信息。操作系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，從CMOS實(shí)時(shí)時(shí)鐘中讀取時(shí)間信息作為系統(tǒng)的基準(zhǔn)時(shí)間。系統(tǒng)斷電后由后備的鋰電池供電，以保障信息不丟失。

PC機(jī)為CMOS實(shí)時(shí)時(shí)鐘分配了70H和71H兩個(gè)8端口，用于訪問CMOS RAM，在進(jìn)行讀寫操作時(shí)，需要先向70H端口寫入CMOS RAM單元的地址，然后通過71H端口進(jìn)行讀寫操作。

CMOS RAM的0、2、4單元分別存放秒、分、小時(shí)信息，7、8、9單元依次存放日、月、年信息，這些數(shù)據(jù)均采用壓縮的BCD碼表示。下面的代碼是一個(gè)完整的利用WinIo實(shí)現(xiàn)對I/O端口直接進(jìn)行讀寫操作的樣例，它先讀取CMOS RAM的9號單元的年份信息并顯示，然后再向9號單元寫入新的年份信息。重新啟動(dòng)PC后，Windows系統(tǒng)則采用新的年份。該樣例源代碼在32位版的Windows 7/8操作系統(tǒng)平臺(tái)上，使用VC 2010調(diào)試通過。

#include "stdafx.h"

#include "stdio.h"

#include "conio.h"

#include

#include "winio.h"

int _tmain（int argc， _TCHAR* argv[]）

{

DWORD dwPortVal；

bool bResult；

bResult = InitializeWinIo（）；

if （bResult）

{

// write CMOS ram addr=9

SetPortVal（0x70， 9， 1）；

// read CMOS ram addr=9，year，BCD code

GetPortVal（0x71， &dwPortVal， 1）；

printf（"Current Year：%4x＼n"，dwPortVal）；

printf（"Enter new year："）；

scanf（"%x"，&dwPortVal）；

SetPortVal（0x70， 9， 1）；

SetPortVal（0x71，dwPortVal ， 1）； //write new year

SetPortVal（0x70， 9， 1）；

GetPortVal（0x71， &dwPortVal， 1）； //read new year

printf（" new Year：%4x＼n"，dwPortVal）；

// When you're done using WinIo， call ShutdownWinIo

ShutdownWinIo（）；

}

else

{

printf（"Error during initialization of WinIo.＼n"）；

exit（1）；

}

printf（"＼nPress anyke to continue …"）；

_getch（）；

return 0；

}

3 結(jié)語

該文給出了一種在VC 2010下使用WinIo 3.0的簡潔方法，已有的采用使用WinIo 2.0開發(fā)的應(yīng)用系統(tǒng)，無需修改源代碼，在VC 2010下重新編譯后即可遷移到安全性更好的WinIo 3.0平臺(tái)。在實(shí)時(shí)測控系統(tǒng)的開發(fā)中，使用WinIo 3.0，省去了設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的開發(fā)環(huán)節(jié)，可以極大的縮短系統(tǒng)的開發(fā)周期，降低開發(fā)成本，系統(tǒng)的安全性和可靠性也得到了保障。

參考文獻(xiàn)

[1] 邰銘 ，武安河，于洪濤.Windows 2000/XP WDM設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2003.

[2] Yariv Kaplan.WinIo[DB/OL].http：//www.internals.com，2014-11-02.

[3] 孫穎.隨機(jī)波浪數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)的研究[D].天津：天津理工大學(xué)，2014.

[4] 萬振凱，郭建民.大型自動(dòng)化三維編織復(fù)合材料編織機(jī)的開發(fā)[J].紡織導(dǎo)報(bào)，2013（9）：64-66，68.

[5] 袁軍，譚永東，任俊.利用WinIo實(shí)現(xiàn)并口數(shù)據(jù)通信[J].計(jì)算機(jī)與現(xiàn)代化，2009（8）：49-53.

[6] 馮曉偉，李正生，吳寧.XP系統(tǒng)下CB對ISA總線的讀寫方法及應(yīng)用研究[J].自動(dòng)化與儀器儀表，2011（5）：17-19.

[7] 王元強(qiáng)，朱為.一種通過PCI總線配置FPGA的設(shè)計(jì)方法[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2010（2）：90-92，95.