美國微軟公司出品的Windows98以其友好的圖形用戶界面，在我國贏得了廣泛的市場。在給廣大辦公環境工作人員帶來方便的同時，也給不少工程技術人員帶來了一些麻煩。一些原本在DOS下很容易編出的控制硬件的程序，現在在Windows98下就不那么容易實現了。作為一個完善的操作系統也必須能控制硬件，象DOS那樣直接與硬件打交道是Windows98不提倡的。它需要開發專門的硬件設備驅動程序，即通過一系列的虛擬設備驅動程序來管理硬件，如：進行中斷響應、I／O端口讀寫或直接存儲器存?。?a href="http://www.nxhydt.com/tags/dma/" target="_blank">DMA）。Windows98內核管理機制非常復雜，因而編寫虛擬驅動程序也變得十分困難，要想編寫虛擬驅動程序，就必須對Windows98的內核有所了解。

１ Windows98的內核管理機制

在Windows95三年后推出的Windows98雖然擴充了許多新的設備驅動特性，如對AGP、USB、DVD的支持，但在內核上卻和Windows95基本一樣，它們都是基于DOS內核的操作系統。Windows98系統核心（Kernel）由虛擬機管理器（VMM）和VxD（Virtual Device Driver）的集合組成。Kernel提供了900多個服務函數來管理內存、控制物理設備、處理中斷、創建網絡協議棧、管理文件系統等，這些服務函數都可以被自己寫的VxD調用。虛擬機（VM）是一個可運行的任務，包含應用程序、支撐軟件、內存和CPU寄存器。在Windows98下有系統虛擬機和DOS虛擬機兩種。虛擬機管理器（VMM）是在系統級核心運行的32位保護模式操作系統，它運行于Ring0，而且不可重入。ＶＭＭ主要功能是創建、運行、監控和終止虛擬機。VxD即虛擬設備驅動程序，是用來擴展Windows操作系統功能的一類程序。由于VxD運行在系統的Ring0級，擁有與操作系統同等的級別，所以我們可利用它來支持硬件設備的管理。虛擬可編程中斷控制器（VPICD）是負責管理所有硬件中斷事件的程序，它本身也是一種VxD，能提供缺省的中斷處理函數或者允許其它VxD重載中斷處理函數。

２ Windows98下應用程序權限級別

Intel的80ｘ86CPU系列芯片可在三種模式下工作：實模式、保護模式和V86模式。實模式是MS－DOS的運行環境。Windows98只利用了兩種模式：保護模式和V86模式。保護模式給我們帶來很多優越性，如應用程序不再受1M內存的限制，理論上，在保護模式下，CPU可以進行4096M內存的尋址。但在保護模式下，所有的應用程序都有權限級別（Privilege Level）。權限級別按優先次序分為四等：0、1、2、3。0級是最高級別，操作系統就運行在0級，運行在Ring0級的應用程序可以執行所有的指令并可直接對硬件、中斷和文件系統進行物理訪問。如果應用程序擁有的權限級別是第３級，那么它能執行的指令是有限的，對硬件的很多直接操作是不能實現的。在Windows中，一般的應用程序是運行在Ring3級的（如用Visual Ｃ＋＋、Borland Ｃ＋＋、Visual Basic、Delphi、Ｃ＋＋ Builder等SDK工具開發出的應用程序）。它們享有的權限是最低的，受到了保護模式的摫；它們沒有權限去繞過操作系統直接對硬件操作。

有了權限級別，操作系統就有機會在中斷和I／O操作上產生撔檳鈹效果。由于操作系統的權限為0級，它就可以捕獲權限不為0級的應用程序的中斷和I／O請求，然后建立緩沖隊列，再一一進行串行處理。為了使自己的應用程序也能直接處理硬件，就需要編寫專門的VxD。由于VxD是作為操作系統的組件運行于第0級，因而可以利用它來捕獲特定的硬件操作，完成我們需要的任務。

３ Windows98下虛擬設備驅動程序的開發工具和基本編程方法

微軟為驅動程序的開發提供了設備驅動程序工具箱（DDK），基于匯編語言的編程方式和許多VMM服務都使用寄存器的調用方式，確實非常難學，沒有深厚的匯編語言和硬件基礎很難在短時間里開發出自己的VxD。

程序員可利用Ｃ或Ｃ＋＋語言編寫自己的VxD，而不必操心許多繁瑣的細節。它的基本編程方法是：用VToolsD自帶的Quick VxD程序快速生成程序框架，在ＶＣ＋＋或Borland Ｃ＋＋中打開此框架的工程文件，并寫進特定的處理代碼，編譯后就可得到所需的VxD文件。

４ 一個中斷程序實例

用VToolsD 2.03、VC++5.0為自制的PC/XT總線擴展卡開發了虛擬設備驅動程序Audcard.vxd。該卡每20ms申請一次中斷，中斷由應用程序動態載入系統的Audcard.vxd響應并加以處理。中斷服務程序ISR（InterruptService Routine）結束后，調用函數Shell_PostMessage（）向應用程序窗口發送自定義消息。應用程序接受消息后，再通過函數DeviceIoControl（）與VxD的接口函數OnW32DeviceIoControl（ ）互傳緩沖區數據。程序結束即可動態卸載VxD。

當中斷發生時，處理器轉換為ring0級保護模式。Windows系統并不像DOS那樣通過中斷描述符表IDT（InterruptDescriptorTable）直接指向中斷處理過程，而是由IDT入口指向VMM中的程序。該程序將判斷是否為中斷調用，如果是，則把中斷控制權交給虛擬可編程中斷控制器VPICD（VirtualProgrammable Interrupt ControllerDevice），VPICD實際上是一個重要的VxD。VPICD再將其交給另一個注冊了該中斷的VxD（如Audcard.vxd）來處理。VxD程序是通過調用VPICD服務VPICD_Virtualize_IRQ來注冊中斷的。

虛擬設備驅動程序Audcard.vxd的部分源代碼Audcard.h和Audcard.cpp在網上，此應用程序使用了下列函數：CreateFile（）動態加載VxD、CloseHandle（）并動態卸載VxD、PreTranslateMessage（）截獲消息、DeviceIoControl（）與VxD互傳緩沖區數據。虛擬設備驅動程序Audcard.vxd經調試后工作正常，未發生過任何丟失數據或死機的現象。

下面是虛擬設備驅動程序Audcard.vxd的部分源代碼Audcard.h和Audcard.cpp，限于篇幅，由QuickVxD自動生成的Audcard.mak未列出。

①Audcard.h

//AUDCARD.h - include file for VxD AUDCARD

#include

#define DEVICE_CLASS AudcardDevice

#define

AUDCARD_DeviceID UNDEFINED_DEVICE_ID

#define AUDCARD_Init_Order

UNDEFINED_INIT_ORDER#define AUDCARD_Major

#define AUDCARD_Minor 0

#define MY_IRQ 5 //定義5號中斷

class MyHwInt:public VHardwareInt

{

public:

MyHwInt（）：VHardwareInt（MY_IRQ,0,0,0）{}

virtual VOID OnHardwareInt（VMHANDLE）；

};

class AudcardDevice :

public VDevice

{

public:

virtual BOOL

OnSysDynamicDeviceInit（）；

virtual BOOL OnSysDynamicDeviceExit（）；

virtual DWORD OnW32DeviceIoControl（PIOCTLPARAMS pDIOCParams）；

MyHwInt* pMyIRQ;

};

class AudcardVM : public

VVirtualMachine

{

public:

AudcardVM（VMHANDLE hVM）；

};

class AudcardThread : public VThread

{

public:

AudcardThread（THREADHANDLE hThread）；

};

②Audcard.cpp

//AUDCARD.cpp - main module for VxD AUDCARD

#define DEVICE_MAIN

#include "audcard.h"

Declare_Virtual_Device（AUDCARD）

#define WM_USER_POSTVXD

0x1000

//自定義消息

#undef DEVICE_MAIN

AudcardVM::AudcardVM（VMHANDLE hVM） : VVirtualMachine（hVM） {}

AudcardThread::AudcardThread（THREADHANDLE hThread） :

VThread（hThread） {}

BOOL AudcardDevice::OnSysDynamicDeviceInit（）

//動態加載時初始化

{

……//硬件初始化

pMyIRQ=new MyHwInt（）；

if（pMyIRQ&&pMyIRQ->hook（）） //掛接中斷

{

pMyIRQ->physicalUnmask（）； //允許中斷

return TRUE;

}

else return FALSE;

}

BOOL

AudcardDevice::OnSysDynamicDeviceExit（）

//動態卸載過程

{

delete pMyIRQ;

return TRUE;

}

DWORD

AudcardDevice::OnW32DeviceIoControl（PIOCTLPARAMS pDIOCParams）

//與Win32應用程序的接口函數

{

……

}

VOID

MyHwInt::OnHardwareInt（VMHANDLE hVM）

{

…… // 中斷處理

SHELL_PostMessage（AppWnd,WM_USER_POSTVXD ,0,0,0,NULL）；

//向應用程序窗口發送消息

sendPhysicalEOI（）； //通知VPICD中斷結束

}

用VToolsD 2.03、VC++ 5.0為自制的PC/XT總線擴展卡開發了虛擬設備驅動程序Audcard.vxd。該卡每20ms申請一次中斷，中斷由應用程序動態載入系統的Audcard.vxd響應并加以處理。中斷服務程序ISR（Interrupt Service Routine）結束后，調用函數Shell_PostMessage（ ）向應用程序窗口發送自定義消息。應用程序接受消息后，再通過函數DeviceIoControl（ ）與VxD的接口函數OnW32DeviceIoControl（ ）互傳緩沖區數據。程序結束即可動態卸載VxD。

這樣一個中斷實例就完成了。

以上實例我們已在VTOOlsD3.01和ＶＣ＋＋６中調試通過，并已成功地在我們開發的小型實時光譜能量輻射儀中得到應用。

VxD作為現在流行的編程技術已逐漸受到廣泛的關注，在工程技術中必將有著廣闊的應用前景。學習、使用此技術將在科學研究中給我們帶來便利。