虚拟设备驱动程序的设计与实现
虚拟设备驱动程序的设计与实现
由于Windows对系统底层操作采取了屏蔽的策略，因而对用户而言，系统变得
更为安全，但这却给众多的硬件或者系统软件开发人员带来了不小的困难，因为只要应用中涉及到底层的操作，开发人员就不得不深入到Windows的内核去编写属
于系统级的虚拟设备驱动程序。Win 98与Win 95设备驱动程序的机理不尽相同，Win 98不仅支持与Windows NT 5.0兼容的WDM(Win32 Driver Mode)模式驱动程序
，而且还支持与Win 95兼容的虚拟设备驱动程序VxD(Virtual Device Driver)。下面介绍了基于Windows 9x平台的虚拟环境、虚拟设备驱动程序VxD的基本原理和
设计方法，并结合开发工具VToolsD给出了一个为可视电话音频卡配套的虚拟设备
驱动程序VxD的设计实例。
1．Windows 9x的虚拟环境
Windows 9x作为一个完整的32位多任务操作系统，它不像Window 3.x那样依
赖于MS-DOS，但为了保证软件的兼容性，Windows 9x除了支持Win16应用程序和
Win32应用程序之外，还得支持MS-DOS应用程序的运行。Windows 9x是通过虚拟机
VM(Virtual Machine)环境来确保其兼容和多任务特性的。
所谓Windows虚拟机（通常简称为Windows VM）就是指执行应用程序的虚拟环
境，它包括MS-DOS VM和System VM两种虚拟机环境。在每一个MS-DOS VM中都只运
行一个MS-DOS进程，而System VM能为所有的Windows应用程序和动态链接库DLL(Dynamic Link Libraries)提供运行环境。每个虚拟机都有独立的地址空间、寄存器状态、堆栈、局部描述符表、中断表状态和执行优先权。虽然Win16、Win32应用程序都运行在System VM环境下，但Win16应用程序共享同一地址空间，
而Win32应用程序却有自己独立的地址空间。
在编写应用程序时，编程人员经常忽略虚拟环境和实环境之间的差异，一般认为虚拟环境也就是实环境。但是，在编写虚拟设备驱动程序VxD时却不能这样做
，因为VxD的工作是向应用程序代码提供一个与硬件接口的环境，为每一个客户虚
拟机管理虚设备的状态，透明地仲裁多个应用程序，同时对底层硬件进行访问。这就是所谓虚拟化的概念。
VxD在虚拟机管理器VMM(Virtual Machine Manager)的监控下运行，而VMM 实
际上是一个特殊的VxD。VMM执行与系统资源有关的工作，提供虚拟机环境（能产
生、调度、卸载VM）、负责调度多线程占先时间片及管理虚拟内存等工作。VxD 与
VMM运行在其他任何虚拟机之外，VxD事实上就是实现虚拟机的软件的一部分。
与大多数操作系统一样，Windows也是采用层次式体系结构。VMM和VxDs
构成
了Win 95的ring0级的系统核心（应用程序运行在ring3级，ring1、ring2级未被
使用），具有系统的最高优先权。Windows还提供一些以"drv"为后缀名的驱动程
序，主要是指串行口的通信程序和并行口的打印机程序。这些程序与VxD不同，它
们是运行在ring3级上的。图1可以使你更好地理解Windows的虚拟环境。
图
2．深入理解VMM和VxD
如前所述，VxD是Virtual Device Driver的缩写，但有人将它理解为虚拟任
何驱动程序。实际上，VxD并非仅指那些虚拟化的某一具体硬件的设备驱动程序。比如某些VxD能够虚拟化设备，而某些VxD作为设备驱动程序却并不虚拟化设备，还有些VxD与设备并没有什么关系，它仅向其他的VxD或是应用程序提供服务。
VxD可以随VMM一起静态加载，也可以根据需要动态加载或卸载。正是由于VxD
与VMM之间的紧密协作，才使得VxD具有了应用程序所不具备的能力，诸如可以不
受限制地访问硬件设备、任意查看操作系统数据结构（如描述符表、页表等）、访问任何内存区域、捕获软件中断、捕获I/O端口操作和内存访问等，甚至还可以
截取硬件中断。
尽管VxD使用32位平面存储模式(flat memory model)，但它的代码和数据仍
使用分段管理，段有六种类型，即实模式初始化、保护模式初始化、可分页、不可分页、静态和只调试(debug only)，每种类型又有代码段和数据段之分，所以VxD共有12个段。实模式代码段和数据段为16位（分段模式），其他段则是32位（
平面模式）。“实模式初始化”段包含了在Windows初始化过程的最初阶段VMM 变
为保护模式之前要执行的代码。静态加载的VxD此时可以查看Windows启动前的实
模式环境，决定是否继续加载，并通知VMM。加载完毕后，VMM进入保护模式并执
行保护模式初始化代码，同样将执行结果再通知VMM。初始化完成后，“实模式初
始化”段和“保护模式初始化”段即被遗弃。VxD的大部分代码都在其他的某一段
中，“可分页”段允许虚拟存储管理器(Virtual Memory Manager)进行分页管理
，大多数的VxD代码都应当在“可分页”段。“不可分页”段的内容主要包括：VxD的主入口点、硬件中断处理函数、所访问的数据以及能被另一个VxD中断处理
函数调用的异步服务。“静态”段仅用于可以动态加载的VxD，当VxD卸载后，静
态代码段和数据段都保留在内存中。“只调试”段只是VMM在Soft-ICE for Win 95等调试环境下才将其载入。
VMM是通过VxD的设备描述符块DDB(Device Descriptor Block)来识别的。DDB
向VMM提供了VxD的主入口点，还向应用程序和其他的VxD提供了入口点。VMM 利用
这个主入口点将VM及Windows自身的状态通知给VxD，然后VxD通过相应的工
作来响
应这些事件。由于VxD不仅仅服务于一个物理设备（比如多个串口）或仅与一个VM
发生联系，所以VxD需要产生自己支持的数据结构(Supporting Data Structures)
来保存每一个设备、每一个VM的配置和状态信息。VxD用一个或多个设备上下
文结
构来保存设备信息，如I/O端口基地址、中断向量等，VxD将自己的每个VM的
状态
信息保存在VMM的VM控制块中。
VMM提供的服务包括：事件服务、内存管理服务、兼容执行和保护模式执行的
服务、登录表服务、调度程序服务、同步服务、调试服务、I/O捕获服务、处理错
误和中断服务、VM中断和回调服务、配置管理程序服务以及其他杂项服务。
以上内容仅涉及到VxD设计的一小部分，作为VxD的开发人员必须掌握更多的
知识。首先是操作系统的知识，如地址空间、执行上下文、资源加锁、进程间通信和异步事件处理等方面的知识；其次，对Intel处理器应有较深入的理解，包括
寄存器、机器指令集、保护机制、分页机制，以及虚拟8086模式；最后，还必须
熟悉VMM提供的各类服务和接口，熟悉Windows其他的系统VxD。
3．开发工具VToolsD简介
VToolsD是专门用于开发VxD程序的一种工具软件，它包括VxD框架代码生成器
QuickVxD、C运行库、VMM/VxD服务库、VxD的C++类库、VxDLoad和VxDView等实用
工具以及大量的C、C++例程。由VC++、BC++的32位编译器编译生成的VxD程序可以
脱离VToolsD环境运行。
字符设备驱动程序课程设计报告
中南大学 字符设备驱动程序 课程设计报告 姓名：王学彬 专业班级：信安1002班 学号：0909103108 课程：操作系统安全课程设计 指导老师：张士庚 一、课程设计目的 1.了解Linux字符设备驱动程序的结构； 2.掌握Linux字符设备驱动程序常用结构体和操作函数的使用方法； 3.初步掌握Linux字符设备驱动程序的编写方法及过程； 4.掌握Linux字符设备驱动程序的加载方法及测试方法。 二、课程设计内容 5.设计Windows XP或者Linux操作系统下的设备驱动程序; 6.掌握虚拟字符设备的设计方法和测试方法；
7.编写测试应用程序，测试对该设备的读写等操作。 三、需求分析 3.1驱动程序介绍 驱动程序负责将应用程序如读、写等操作正确无误的传递给相关的硬件，并使硬件能够做出正确反应的代码。驱动程序像一个黑盒子，它隐藏了硬件的工作细节，应用程序只需要通过一组标准化的接口实现对硬件的操作。 3.2 Linux设备驱动程序分类 Linux设备驱动程序在Linux的内核源代码中占有很大的比例，源代码的长度日益增加，主要是驱动程序的增加。虽然Linux内核的不断升级，但驱动程序的结构还是相对稳定。 Linux系统的设备分为字符设备(char device)，块设备(block device)和网络设备(network device)三种。字符设备是指在存取时没有缓存的设备，而块设备的读写都有缓存来支持，并且块设备必须能够随机存取(random access)。典型的字符设备包括鼠标，键盘，串行口等。块设备主要包括硬盘软盘设备，CD-ROM等。 网络设备在Linux里做专门的处理。Linux的网络系统主要是基于BSD unix的socket 机制。在系统和驱动程序之间定义有专门的数据结构(sk_buff)进行数据传递。系统有支持对发送数据和接收数据的缓存，提供流量控制机制，提供对多协议的支持。 3.3驱动程序的结构 驱动程序的结构如图3.1所示，应用程序经过系统调用，进入核心层，内核要控制硬件需要通过驱动程序实现，驱动程序相当于内核与硬件之间的“系统调用”。
虚拟声卡驱动程序VirtualAudioCable使用方法
一：安装软件 点击 选择是（Y） 选择I accept 选择Install 安装成功，点击“确定”按钮即完成安装。 二、软件的设置 点击桌面开始按钮所有程序---Virtual Audio Cable —Control panel 进入软件初始化 设置。 在Cables 中选择1（即首次设置一个虚拟通道），点击旁边的Set 按钮生成通道Cable1. 在参数设置区将Line 、Mic （可选可不选）、S/PDIF （可选可不选）三个选项后面的方框打钩，选中之后点击参数设置区内的设置按钮Set ，即完成了，对虚拟声卡通道1 的设置。 鼠标右键点击桌面右下角的喇叭------ 调整音频属性---- < 或者点击开始—控制面板--- 声音、 语音和音频设备--- 声音和音频设备>弹出： 选择语音 此时语音部分的设置为原系统默认的设备，保持不变。 选择音频： 改变声音播放、录音的选项内容：
如上图将声音播放、录音的默认设备全部改为Virtual Cable 1 。点击应用--- 确定即可。 三、打开录音机录音--- 录制电脑里播放出来的音频（不包含麦克风 里的声音） - 即“内录” 开始--- 所有程序—附件--- 娱乐--- 录音机 点击确定即可开始录音（注：此时可在电脑中打开相应的音频文件，开始录音） 此时音频波段显示有声音输入，但是电脑的耳机听不到正在播放的音频文件（属正常现象）。若想同时听到音频文件的内容点击桌面开始按钮所有程序---Virtual Audio Cable —Audio Repeater 。 修改为 点击Start 即可听到正在录制的音频文件。此时的录音即是通过虚拟声卡通道录制电脑里的声音的。 四、同时录电脑里播放的声音和麦克风收集的外部声音----- 即混录 <通过这种方法解决现有笔记本无“立体声混音”或“波形音”选项的问题> 在《三打开录音机录音--- 录制电脑里播放出来的音频（不包含麦克风里的声音）------------ 即“内录”》的同时，在打开一个irtual Audio Cable —Audio Repeater 窗口将其设置为： 即将外部麦克风收集的声音转移到虚拟声卡通道Cable1 中，同电脑里播放的声音一起被录音软件收录为音频文件。
虚拟仪器技术实验报告
成都理工大学工程技术学院 虚拟仪器技术实验报告 专业: 学号: 姓名: 2015年11月30日
1 正弦信号的发生及频率、相位的测量实验内容： ●设计一个双路正弦波发生器，其相位差可调。 ●设计一个频率计 ●设计一个相位计 分两种情况测量频率和相位： ●不经过数据采集的仿真 ●经过数据采集〔数据采集卡为PCI9112〕 频率和相位的测量至少有两种方法 ●FFT及其他信号处理方法 ●直接方法 实验过程： 1、正弦波发生器，相位差可调 双路正弦波发生器设计程序：
相位差的设计方法：可以令正弦2的相位为0，正弦1的相位可调，这样调节正弦1的相位，即为两正弦波的相位差。 2设计频率计、相位计 方法一：直接读取 从调节旋钮处直接读取数值，再显示出来。 方法二：直接测量 使用单频测量模块进行频率、相位的测量。方法为将模块直接接到输出信号的端子，即可读取测量值。 方法三：利用FFT进行频率和相位的测量 在频率谱和相位谱上可以直接读取正弦信号的主频和相位。 也可通过FFT求得两正弦波的相位差。即对信号进行频谱分析，获得信号的想频特性，两信号的相位差即主频率处的相位差值，所以这一方法是针对单一频率信号的相位差。 前面板如下：
程序框图： 2幅频特性的扫频测量 一、实验目的 1、掌握BT3 D扫频仪的使用方法。 2、学会用扫频法测量放大电路的幅频特性、增益及带宽。 二、工作原理 放大电路的幅频特性，一般在中频段Ｋ中最大，而且基本上不随频率而变化。在中频段以外随着频率的升高或降低，放大倍数都将随之下降。一般规定放大电路的频率响应指标为3dB，即放大倍数下降到中频放大倍数的70.7%，相应的频率分别叫作下限频率和上限频率。上下限频率之间的频率范围称为放大电路的通频带，它是表征放大电路频率特性的主要指标之一。如果放大电路的性能很差，在放大电路工作频带内的放大倍数变化很大，则会产生严重的频率失真，相应的
编译hello设备驱动程序详细过程
编译hello world设备驱动程序详细过程 1、安装与你的开发板相同的内核版本的虚拟机，我的板子内核是2.6.8.1，虚拟机是2.6.9， 一般是虚拟机的内核只能比板子内核新，不能旧 #uanme –a [1](在任何目录下，输入此命令，查看虚拟机的内核版本，我的内核版本是2.6.9) 2、在虚拟机上设置共享目录，我的共享目录在linux下的/mnt/hgfs/share [2]share是自己命名的，我的物理机上，即Windows下的目录是G:/share, 3、在Windows下，把开发板的的交叉开发工具链[3]，内核源码包[4]，复制到物理机的共享目录下[5] 即Windows下的目录是G:/share, 4、#cp /mnt/hgfs/share/cross-3.3.2.tar.bz2 /usr/local/arm [6] 在Linux下，把交叉工具链，复制到/usr/local/arm目录下 5、#cd /usr/local/arm 6、#tar jxvf cross-3.3.2.tar.bz2 [7] 并在当前目录/usr/local/arm下解压它cross-2.95.3.tar.bz2和gec2410-linux-2.6.8.tar.bz2也是用同样的命令去解压 7、#export PATH=/usr/local/arm/3.3.2/bin:$PATH [8] 安装交叉工具链，在需要使用交叉编译时，只要在终端输入如下命令 #export PATH=/usr/local/arm/版本/bin:$PATH 即可，在需要更改不同版本的工具链时，重新启动一个终端，然后再一次输入上面的命令即可，使用哪个版本的交叉工具链，视你要编译的内核版本决定，编译2.4版本的内核，则用2.95.3版本的交叉工具链，而2.6版本内核的，则要用3.3.2版本的交叉工具链。 8、#cp gec2410-linux-2.6.8.tar.bz2 /root [9]把内核拷贝到/root目录下， 9、#cd /root 10、#tar gec2410-linux-2.6.8.tar.bz2 [10] 在/root解压开发板的内核源码压缩包gec2410-linux-2.6.8.tar.bz2，得到gec2410-linux-2.6.8.1文件夹 11、#cd /root/ gec2410-linux-2.6.8.1 12、#cp gec2410.cfg .config [11] gec2410.cfg文件是广嵌开发板提供的默认内核配置文件，在这里首先把内核配置成默认配置，然后在此基础上用make menuconfig进一步配置，但在这里，不进行进一步的配置，对于内核配置，还需要看更多的知识，在这里先存疑。 13、#make [12]在内核源代码的根目录gec2410-linux-2.6.8.1下用make命令编译内核，注意，先安装交叉工具链，再编译内核，因为这里编译的hello.ko驱动模块最终是下载到开发板上运行的，而不是在虚拟机的Linux系统运行的，如果是为了在虚拟机的Linux系统运行的，则不用安装交叉编译工具链arm-linux-gcc,而直接用gcc,用命令#arm-linux-gcc –v 可以查看当前已经安装的交叉编译工具链的版本。这里编译内核不是为了得到内核的映象文件zImage（虽然会得到内核的映象文件zImage），而是为了得到编译hello.o模块需要相关联，相依赖(depends on)的模块。 14、#cd /root 12、#mkdir hello [13]在/root目录下建立hello文件夹， 13、#cd hel 14 、#vi hello.c [12]编辑hello.c文件,内容是《Linux设备驱动程序》第三版22页的hello world程序。 15、#vi Makefile [13]在hello文件夹下编辑Makefile文件， 16、obj-m := module.o [14] 这是Makefile的内容，为obj-m := module.omodule.o视你编辑的.c文件而定，这里则要写成hello.o，写完后，保存退出。 17、cd /root/hello
字符设备驱动程序
Linux字符设备驱动（转载） 来源: ChinaUnix博客日期：2008.01.01 18:52(共有0条评论) 我要评论 Linux字符设备驱动（转载） 这篇文章描述了在Linux 2.4下，如何建立一个虚拟的设备，对初学者来说很有帮助。原文地址：https://www.360docs.net/doc/2917756717.html,/186/2623186.shtml Linux下的设备驱动程序被组织为一组完成不同任务的函数的集合，通过这些函数使得Windows的设备操作犹如文件一般。在应用程序看来，硬件设备只是一个设备文件，应用程序可以象操作普通文件一样对硬件设备进行操作，如open ()、close ()、read ()、write () 等。 Linux主要将设备分为二类：字符设备和块设备。字符设备是指设备发送和接收数据以字符的形式进行；而块设备则以整个数据缓冲区的形式进行。字符设备的驱动相对比较简单。 下面我们来假设一个非常简单的虚拟字符设备：这个设备中只有一个4个字节的全局变量int global_var，而这个设备的名字叫做"gobalvar"。对"gobalvar"设备的读写等操作即是对其中全局变量global_var的操作。 驱动程序是内核的一部分，因此我们需要给其添加模块初始化函数，该函数用来完成对所控设备的初始化工作，并调用register_chrdev() 函数注册字符设备： static int __init gobalvar_init(void) { if (register_chrdev(MAJOR_NUM, " gobalvar ", &gobalvar_fops)) { //…注册失败 } else
基于研华数据采集卡的labview程序设计.doc
第10章基于研华数据采集卡的 L a b V I E W程序设计 本章利用研华公司的PCI-1710HG数据采集卡编写LabVIEW程序，包括：模拟量输入、模拟量输出、开关量输入以及开关量输出等。 10.1 模拟量输入（AI） 10.1.1 基于研华数据采集卡的LabVIEW程序硬件线路 在图10-1中，通过电位器产生一个模拟变化电压（范围是0V～5V），送入板卡模拟量输入0通道（管脚68），同时在电位器电压输出端接一信号指示灯，用来显示电压变化情况。 图10-1 计算机模拟电压输入线路 本设计用到的硬件为：PCI-1710HG数据采集卡、PCL-10168数据线缆、ADAM-3968接线端子（使用模拟量输入AI0通道）、电位器（10K）、指示灯（DC5V）、直流电源（输出：DC5V）等。 10.1.2 基于研华数据采集卡的LabVIEW程序设计任务 利用LabVIEW编写应用程序实现PCI-1710HG数据采集卡模拟量输入。 任务要求： （1）以连续方式读取电压测量值，并以数值或曲线形式显示电压测量变化值；
第10章基于研华数据采集卡的LabVIEW程序设计（2）当测量电压小于或大于设定下限或上限值时，程序画面中相应指示灯变换颜色。 –209 –
LabVIEW 虚拟仪器数据采集与串口通信测控应用实战 – 210 – 10.1.3 基于研华数据采集卡的LabVIEW 程序任务实现 1．建立新VI 程序 启动NI LabVIEW 程序，选择新建（New ）选项中的VI 项，建立一个新VI 程序。 在进行LabVIEW 编程之前，必须首先安装研华设备管理程序Device Manager 、32bit DLL 驱动程序以及研华板卡LabVIEW 驱动程序。 2．设计程序前面板 在前面板设计区空白处单击鼠标右键，显示控件选板（Controls ）。 （1）添加一个实时图形显示控件：控件（Controls ）→新式（Modern ）→图形（Graph ） →波形图形（Waveform Chart ），标签改为“实时电压曲线”，将Y 轴标尺范围改为0.0-5.0。 （2）添加一个数字显示控件：控件（Controls ）→新式（Modern ）→数值（Numeric ）→ 数值显示控件（Numeric Indicator ），标签改为“当前电压值：”。 （3）添加两个指示灯控件：控件（Controls ）→新式（Modern ）→布尔（Boolean ）→圆形指示灯（Round LED ），将标签分别改为“上限指示灯：”、“下限指示灯：”。 （4）添加一个停止按钮控件：控件（Controls ）→新式（Modern ）→布尔（Boolean ）→停止按钮（Stop Button ）。 设计的程序前面板如图10-2所示。 图10-2 程序前面板 3．框图程序设计——添加函数 进入框图程序设计界面，在设计区空白 处单击鼠标右键，显示函数选板（Functions ）。 在函数选板（Functions ）下添加需要的函数。 （1）添加选择设备函数：用户库→ Advantech DA&C （研华公司的LabVIEW 函数库）→ EASYIO → SelectPOP → SelectDevicePop.vi ，如 图10-3 SelectPop 函数库
一个简单字符设备驱动实例
如何编写Linux设备驱动程序 Linux是Unix操作系统的一种变种，在Linux下编写驱动程序的原理和思想完全类似于其他的Unix系统，但它dos或window环境下的驱动程序有很大的区别。在Linux环境下设计驱动程序，思想简洁，操作方便，功能也很强大，但是支持函数少，只能依赖kernel中的函数，有些常用的操作要自己来编写，而且调试也不方便。本文是在编写一块多媒体卡编制的驱动程序后的总结，获得了一些经验，愿与Linux fans共享，有不当之处，请予指正。 以下的一些文字主要来源于khg，johnsonm的Write linux device driver，Brennan's Guide to Inline Assembly，The Linux A-Z，还有清华BBS上的有关device driver的一些资料. 这些资料有的已经过时，有的还有一些错误，我依据自己的试验结果进行了修正. 一、Linux device driver 的概念 系统调用是操作系统内核和应用程序之间的接口，设备驱动程序是操作系统内核和机器硬件之间的接口。设备驱动程序为应用程序屏蔽了硬件的细节，这样在应用程序看来，硬件设备只是一个设备文件，应用程序可以象操作普通文件一样对硬件设备进行操作。设备驱动程序是内核的一部分，它完成以下的功能： 1）对设备初始化和释放； 2）把数据从内核传送到硬件和从硬件读取数据； 3）读取应用程序传送给设备文件的数据和回送应用程序请求的数据； 4）检测和处理设备出现的错误。 在Linux操作系统下有两类主要的设备文件类型，一种是字符设备，另一种是块设备。字符设备和块设备的主要区别是：在对字符设备发出读/写请求时，实际的硬件I/O一般就紧接着发生了，块设备则不然，它利用一块系统内存作缓冲区，当用户进程对设备请求能满足用户的要求，就返回请求的数据，如果不能，就调用请求函数来进行实际的I/O操作。块设备是主要针对磁盘等慢速设备设计的，以免耗费过多的CPU时间来等待. 已经提到，用户进程是通过设备文件来与实际的硬件打交道。每个设备文件都都有其文件属性(c/b)，表示是字符设备还是块设备。另外每个文件都有两个设备号，第一个是主设备号，标识驱动程序，第二个是从设备号，标识使用同一个设备驱动程序的不同的硬件设备，比如有两个软盘，就可以用从设备号来区分他们。设备文件的主设备号必须与设备驱动程序在登记时申请的主设备号一致，否则用户进程将无法访问到驱动程序. 最后必须提到的是，在用户进程调用驱动程序时，系统进入核心态，这时不再是抢先式调度。也就是说，系统必须在你的驱动程序的子函数返回后才能进行其他的工作。如果你的驱动程序陷入死循环，不幸的是你只有重新启动机器了，然后就是漫长的fsck。 二、实例剖析 我们来写一个最简单的字符设备驱动程序。虽然它什么也不做，但是通过它可以了解Linux的设备驱动程序的工作原理.把下面的C代码输入机器，你就会获得一个真正的设备
字符设备驱动开发实验
字符设备驱动实验 实验步骤： 1、将设备驱动程序使用马克file文件编译 生成模块firstdev.ko 2、将模块加载到系统中insmod firstdev.ko 3、手动创建设备节点 mknod /dev/first c 122 0 4、使用gcc语句编译firsttest.c生成可执行 文件 5、运行可执行文件firsttest，返回驱动程序 中的打印输出语句。 查看设备号：cat /proc/devices 卸载驱动：rmmod firstdev 删除设备节点：rm /dev/first 显示printk语句，（打开一个新的终端）while true do sudo dmesg -c sleep 1 done
源码分析 设备驱动程序firstdev.c #include
static struct file_operations first_dev_fops ={ .owner = THIS_MODULE, .open = first_dev_open, }; static int __init first_dev_init(void) { int ret; ret = register_chrdev(122,"/dev/first",&first_dev_fo ps); printk("Hello Modules\n"); if(ret<0) { printk("can't register major number\n"); return ret; }
USB设备驱动程序设计
USB设备驱动程序设计 引言 USB 总线是1995 年微软、IBM 等公司推出的一种新型通信标准总线， 特点是速度快、价格低、独立供电、支持热插拔等，其版本从早期的1.0、1.1 已经发展到目前的2.0 版本，2.0 版本的最高数据传输速度达到480Mbit/s，能 满足包括视频在内的多种高速外部设备的数据传输要求，由于其众多的优点，USB 总线越来越多的被应用到计算机与外设的接口中，芯片厂家也提供了多种USB 接口芯片供设计者使用，为了开发出功能强大的USB 设备，设计者往往 需要自己开发USB 设备驱动程序，驱动程序开发一直是Windows 开发中较难 的一个方面，但是通过使用专门的驱动程序开发包能减小开发的难度，提高工 作效率，本文使用Compuware Numega 公司的DriverStudio3.2 开发包，开发了基于NXP 公司USB2.0 控制芯片ISP1581 的USB 设备驱动程序。 USB 设备驱动程序的模型 USB 设备驱动程序是一种典型的WDM(Windows Driver Model)驱动程序，其程序模型如图1 所示。用户应用程序工作在Windows 操作系统的用户模式层，它不能直接访问USB 设备，当需要访问时，通过调用操作系统的 API(Application programming interface)函数生成I/O 请求信息包(IRP)，IRP 被传输到工作于内核模式层的设备驱动程序，并通过驱动程序完成与UBS 外设通 信。设备驱动程序包括两层：函数驱动程序层和总线驱动程序层，函数驱动程 序一方面通过IRP 及API 函数与应用程序通信，另一方面调用相应的总线驱动 程序，总线驱动程序完成和外设硬件通信。USB 总线驱动程序已经由操作系统 提供，驱动程序开发的重点是函数驱动程序。 USB 设备驱动程序的设计
虚拟设备驱动程序的设计与实现
虚拟设备驱动程序的设计与实现 由于Windows对系统底层操作采取了屏蔽的策略，因而对用户而言，系统变得 更为安全，但这却给众多的硬件或者系统软件开发人员带来了不小的困难，因为只要应用中涉及到底层的操作，开发人员就不得不深入到Windows的内核去编写属 于系统级的虚拟设备驱动程序。Win 98与Win 95设备驱动程序的机理不尽相同，Win 98不仅支持与Windows NT 5.0兼容的WDM(Win32 Driver Mode)模式驱动程序 ，而且还支持与Win 95兼容的虚拟设备驱动程序VxD(Virtual Device Driver)。下面介绍了基于Windows 9x平台的虚拟环境、虚拟设备驱动程序VxD的基本原理和 设计方法，并结合开发工具VToolsD给出了一个为可视电话音频卡配套的虚拟设备 驱动程序VxD的设计实例。 1．Windows 9x的虚拟环境 Windows 9x作为一个完整的32位多任务操作系统，它不像Window 3.x那样依 赖于MS-DOS，但为了保证软件的兼容性，Windows 9x除了支持Win16应用程序和 Win32应用程序之外，还得支持MS-DOS应用程序的运行。Windows 9x是通过虚拟机 VM(Virtual Machine)环境来确保其兼容和多任务特性的。 所谓Windows虚拟机（通常简称为Windows VM）就是指执行应用程序的虚拟环 境，它包括MS-DOS VM和System VM两种虚拟机环境。在每一个MS-DOS VM中都只运 行一个MS-DOS进程，而System VM能为所有的Windows应用程序和动态链接库DLL(Dynamic Link Libraries)提供运行环境。每个虚拟机都有独立的地址空间、寄存器状态、堆栈、局部描述符表、中断表状态和执行优先权。虽然Win16、Win32应用程序都运行在System VM环境下，但Win16应用程序共享同一地址空间， 而Win32应用程序却有自己独立的地址空间。 在编写应用程序时，编程人员经常忽略虚拟环境和实环境之间的差异，一般认为虚拟环境也就是实环境。但是，在编写虚拟设备驱动程序VxD时却不能这样做 ，因为VxD的工作是向应用程序代码提供一个与硬件接口的环境，为每一个客户虚 拟机管理虚设备的状态，透明地仲裁多个应用程序，同时对底层硬件进行访问。这就是所谓虚拟化的概念。 VxD在虚拟机管理器VMM(Virtual Machine Manager)的监控下运行，而VMM 实 际上是一个特殊的VxD。VMM执行与系统资源有关的工作，提供虚拟机环境（能产
linux字符设备驱动课程设计报告
一、课程设计目的 Linux 系统的开源性使其在嵌入式系统的开发中得到了越来越广泛的应用，但其本身并没有对种类繁多的硬件设备都提供现成的驱动程序，特别是由于工程应用中的灵活性，其驱动程序更是难以统一，这时就需开发一套适合于自己产品的设备驱动。对用户而言，设备驱动程序隐藏了设备的具体细节，对各种不同设备提供了一致的接口，一般来说是把设备映射为一个特殊的设备文件，用户程序可以像对其它文件一样对此设备文件进行操作。 通过这次课程设计可以了解linux的模块机制，懂得如何加载模块和卸载模块，进一步熟悉模块的相关操作。加深对驱动程序定义和设计的了解，了解linux驱动的编写过程，提高自己的动手能力。 二、课程设计内容与要求 字符设备驱动程序 1、设计目的：掌握设备驱动程序的编写、编译和装载、卸载方法，了解设备文件的创建，并知道如何编写测试程序测试自己的驱动程序是否能够正常工作 2、设计要求： 1) 编写一个简单的字符设备驱动程序，该字符设备包括打开、读、写、I\O控制与释放五个基本操作。 2) 编写一个测试程序，测试字符设备驱动程序的正确性。 3) 要求在实验报告中列出Linux内核的版本与内核模块加载过程。 三、系统分析与设计 1、系统分析 系统调用是操作系统内核和应用程序之间的接口，设备驱动程序是操作系统内核和机器硬件之间的接口。设备驱动程序为应用程序屏蔽了硬件的细节，这样在应用程序看来，硬件设备只是一个设备文件，应用程序可以象操作普通文件一样对硬件设备进行操作。设备驱动程序是内核的一部分，它完成以下的功能: 1、对设备初始化和释放； 2、把数据从内核传送到硬件和从硬件读取数据； 3、读取应用程序传送给设备文件的数据和回送应用程序请求的数据； 4、检测和处理设备出现的错误。 字符设备提供给应用程序的是一个流控制接口，主要包括op e n、clo s e（或r ele as e）、r e ad、w r i t e、i o c t l、p o l l和m m a p等。在系统中添加一个字符设备驱动程序，实际上就是给上述操作添加对应的代码。对于字符设备和块设备，L i n u x内核对这些操作进行了统一的抽象，把它们定义在结构体fi le_operations中。 2、系统设计： 2.1、模块设计：
字符设备基础
Linux 字符设备基础 字符设备驱动程序在系统中的位置 操作系统内核需要访问两类主要设备，简单的字符设备，如打印机，键盘等；块设备，如软盘、硬盘等。与此对应，有两类设备驱动程序。分别称为字符设备驱动程序和块设备驱动程序。两者的主要差异是：与字符设备有关的系统调用几乎直接和驱动程序的内部功能结合在一起。而读写块设备则主要和快速缓冲存储区打交道。只有需要完成实际的输入／输出时，才用到块设备驱动程序。见下图： Linux 设备驱动程序的主要功能有： ● 对设备进行初始化； ● 使设备投入运行和退出服务； ● 从设备接收数据并将它们送到内核； ● 将数据从内核送到设备； ● 检测和处理设备出现的错误。 当引导系统时，内核调用每一个驱动程序的初始化函数。它的任务之一是将这一设备驱动程序使用的主设备号通知内核。同时，初始化函数还将驱动程序中的函数地址结构的指针送给内核。 内核中有两X 表。一X 表用于字符设备驱动程序，另一X 用于块设备驱动程序。这两X 表用来保存指向file_operations 结构的指针， 设备驱动程序内部的函数地址就保
存在这一结构中。内核用主设备号作为索引访问file_operations结构，因而能访问驱动程序内的子程序。 从开机到驱动程序的载入 系统启动过程中可能出现几种不同的方式检测设备硬件。首先机器硬件启动时BIOS会检测一部分必要的设备，如内存、显示器、键盘和硬盘等等。机器会把检测到的信息存放在特定的位置，如CMOS数据区。而另外某些设备会由设备驱动程序进行检测。 1 开机 2 引导部分（linux/config.h，arch/i386/boot/bootsect.S） 3 实模式下的系统初始化（arch/i386/boot/setup.S） 4 保护模式下的核心初始化 5 启动核心（init/main.c） init函数中函数调用关系如下： main.c init() filesystems.c sys_setup() genhd.c device_setup() mem.c chr_dev_init() 至此，驱动程序驻入内存。 设备驱动程序基本数据结构： struct device_struct 系统启动过程中要登记的块设备和字符设备管理表的定义在文件fs/devices.c中：struct device_struct { const char * name; struct file_operations * fops; }; static struct device_struct chrdevs[MAX_CHRDEV]; static struct device_struct blkdevs[MAX_BLKDEV]; 其实块设备表和字符设备表使用了相同的数据结构。在某些系统中，这些设备表也称作设备开关表，不同的是它们直接定义了一组函数指针进行对设备的管理。而这里系统用文件操作（file_operations）代替了那组开关。文件操作是文件系统与设备驱动程序之间的接口，系统特殊文件在建立的时候并没有把两者对应起来，只是把设备的缺省文件结构和i节点结构赋给设备文件，而真正的对应定义在系统启动之后，当设备被打开时时才进行的。 操作blkdev_open和chrdev_open定义在文件devices.c中，它们的基本功能是当设备文件初次打开时，根据该文件的i节点信息找到设备真正的文件操作接口，然后更新原来的设
LabVIEW虚拟仪器程序设计从入门到精通
人民邮电出版社 1局部变量：1.层叠式顺序结构中，对于不同帧之间传递数据利用数据局部变量；2当一个控件既作为输入控件，又作为输出控件的时候利用局部变量；3在不同循环体之间的数据传递。 2全局变量：在不同的VI之间传递数据，但是对于内存资源的占用很大； 3共享变量：在不同的计算机或者网络之间共享。 4顺序结构强制破坏了LabView从左到右的数据流编程习惯，在平铺式结构中可以做到从右到左。顺序结构破坏了LabView的优点之一：并行运行机制，因此一般不太提倡。 5那么程序中需要利用顺序执行程序的时候我们一般认为控制数据依存关系，此时，是通过数据的到达而不是数据的值来触发新结构对象的执行，数据的接收对象不一定需要该数据的值。 事件结构 事件结构是一个非常强大的功能，为事件驱动，可用于编写等待事件发生的高效代码，代替循环检测事件是否发生的低效代码。对比条件结构和事件结构，在条件结构中，系统采用轮询的方式来检测“单击”按钮是否发生，但是在事件结构的技术过程中，只有单击按钮被按下以后触发，才执行一次循环。 因此，事件结构在执行前面板UI接口事件具有很强大的优越性。 事件结构的建议： ●避免在循环外使用事件结构； ●在“值”改变事件分支中读取触发布尔控件的接线端； ●条件结构用于处理触发布尔操作的撤销操作； ●不要使用不同的事件数据将一个分支配置为处理多个过滤事件； ●避免一个事件分支中同时使用对话框和“鼠标按下？”过滤事件； ●避免在一个循环中放置两个事件结构。 利用公式节点可以有效简化数值中的公式的繁琐结构。 禁用结构一般用于系统调试，避免程序在编辑中不停的删除、复制和修改中产生不必要的错误。
字符设备驱动框架
Linux中设备分类： 按照对设备的访问方式可分为以下三类： 1.字符设备(char device) (1)例如：键盘、鼠标、串口、帧缓存等； (2)通过/dev/下的设备节点访问；以字节为单位访问； (3)一般只支持顺序访问；(特例：帧缓存framebuffer) (4)无缓冲。 2.块设备(block device) (1)例如：磁盘、光驱、flash等； (2)以固定大小为单位访问：磁盘以扇区(512B)为单位；flash以页为单位。 (3)支持随机访问； (4)有缓冲(减少磁盘IO，提高效率)。 3.网络设备(network device) (1)无设备文件(节点)； (2)应用层通过socket接口访问网络设备(报文发送和接收的媒介)。 设备驱动在内核中的结构： 1.VFS虚拟文件系统作用：向应用层提供一致的文件访问接口，正是由于VFS 的存在，才可以将设备以文件的方式访问。 2.虚拟文件系统，存在于内存中，不在磁盘上，掉电丢失。例如：/proc、/sys、 /tmp。
设备号： 1.作用：唯一地标识一个设备； 2.类型：dev_t devno;即32位无符号整型； 3.组成： (1)主设备号：用于区分不同类型(按功能划分)的设备； (2)此设备号：用于区分相同类型的不同设备。 注意：相同类型的设备(主设备号相同)可以使用同一个驱动。 4.构建设备号： int major = 250; int minor = 0; (1)dev_t devno = (major << 20) | minor;不建议使用； (2)利用宏来构建：dev_t devno = MKDEV (major, minor); 注意：我们可以通过文件$(srctree)/documentation/device.txt来查看内核对设备号的分配情况。 (1)该文本中的有对应设备文件的设备号是已经被申请过的，我们不可以重 复使用(申请)； (2)从中可以看出，我们在编写驱动程序时可以使用的主设备号范围为 240~254，为了方便记忆，通常使用250作为主设备号。 字符设备驱动框架： 驱动：作用，为应用层提供访问设备的接口(对设备发的各种操作)。 一、申请设备号 1.构建设备号：dev_t devno = MKDEV (major, minor); 2.申请设备号： (1)动态申请：alloc_chrdev_region； (2)静态申请： register_chrdev_region。
一个简单的演示用的Linux字符设备驱动程序.
实现如下的功能: --字符设备驱动程序的结构及驱动程序需要实现的系统调用 --可以使用cat命令或者自编的readtest命令读出"设备"里的内容 --以8139网卡为例,演示了I/O端口和I/O内存的使用 本文中的大部分内容在Linux Device Driver这本书中都可以找到, 这本书是Linux驱动开发者的唯一圣经。 ================================================== ===== 先来看看整个驱动程序的入口,是char8139_init(这个函数 如果不指定MODULE_LICENSE("GPL", 在模块插入内核的 时候会出错,因为将非"GPL"的模块插入内核就沾污了内核的 "GPL"属性。 module_init(char8139_init; module_exit(char8139_exit; MODULE_LICENSE("GPL"; MODULE_AUTHOR("ypixunil"; MODULE_DESCRIPTION("Wierd char device driver for Realtek 8139 NIC"; 接着往下看char8139_init( static int __init char8139_init(void {
int result; PDBG("hello. init.\n"; /* register our char device */ result=register_chrdev(char8139_major, "char8139", &char8139_fops; if(result<0 { PDBG("Cannot allocate major device number!\n"; return result; } /* register_chrdev( will assign a major device number and return if it called * with "major" parameter set to 0 */ if(char8139_major == 0 char8139_major=result; /* allocate some kernel memory we need */ buffer=(unsigned char*(kmalloc(CHAR8139_BUFFER_SIZE, GFP_KERNEL; if(!buffer { PDBG("Cannot allocate memory!\n"; result= -ENOMEM;
基于虚拟仪器的CAN卡驱动实现
第4期(总第155期) 2009年8月机械工程与自动化 M ECHA N ICAL EN GI NEER IN G & AU T O M A T IO N N o.4A ug. 文章编号:1672-6413(2009)04-0065-02 基于虚拟仪器的CAN 卡驱动实现 王欣欣,袁丽娟 (华北水利水电学院,河南 郑州 450011) 摘要:为了利用CAN 总线进行数据采集,实现数据实时显示,特选用虚拟仪器软件开发平台L abV IEW 实现CA N 接口卡的驱动,进而设计合理的人机交互界面,进行数据显示、故障分析。关键词:L abV IEW ;CA N 接口卡;CA N 总线;界面设计中图分类号:T P 391.9 文献标识码:A 收稿日期:2008-11-24;修回日期:2009-02-25 作者简介:王欣欣(1980-),女,河南濮阳人,助教,硕士,研究领域为测控技术与仪器。 0 引言 虚拟仪器就是在个人计算机的环境中,利用良好的虚拟仪器软件平台,充分发挥微机的图形处理功能,在屏幕上虚拟出智能仪器的显示面板,用户可通过面板上的各处虚拟的按键、开关、旋钮去使用仪器的各种功能,控制仪器的运行,并从面板上的虚拟显示屏、数码显示器和指示灯了解仪器的状态,从而完成对被测试量的采集、分析、判断、显示、数据存储等[1]。其中数据采集系统的实现,可通过某种传输总线将采集模块连接至计算机。以特定的温度监控系统为例,采集的温度数据通过CAN 总线传送至上位计算机,上位机采用LabV IEW 设计的界面完成数据的显示。本文主要研究利用LabVIEW 驱动CAN 卡的实现。1 LabVIEW 程序结构 LabVIEW 程序称为虚拟仪表(Vir tual Instrum ent)程序,简称VI 。VI 包括3部分:程序前面板、框图程序和图标/连接端口。程序前面板都对应一段使用图形编程语言编写的框图程序,类似于一台仪器的内部电路,可看成源程序代码。2 C AN 接口卡 选用广州周立功单片机有限公司的PCI -51XX 智能CAN 接口卡(类型为PCI-5110),它具有PCI 接口的高性能CAN 总线通讯适配卡,使PC 机方便地连接到CAN 总线上实现CAN 2.0B 协议的数据通讯;采用PCI 接口实现与主机PC 的高速数据交换;该卡集成1个或2个电气独立的CAN 接口通道,每个通道光电隔离,增强系统在恶劣环境下使用的可靠性[2]。PCI -5110接口卡含有SJA 1000独立CAN 控制器,其通讯波特率由寄存器BT R 0(定时器0)和BT R 1(定时器1)决定,范围为5kb /s ～1000kb /s 。 3 C AN 卡驱动程序设计 (1)调用CAN 接口卡库函数,使用LabVIEW 中的调用动态链接库。LabVIEW 提供了4种调用外部程序代码的途径,其中动态链接库机制是LabVIEW 调用标准共享库和用户自定义库函数的通用方法。具体实现时,使用LabVIEW 功能模块中“Advanced ”子模块里的“调用库函数节点(Call Libr ar y Function Node)”,见图1。 图1 L abVI EW 中的调用库函数节点 双击该节点,可在弹出的对话框中(见图2)对此节点进行配置(以复位CA N 为例): 在“Library Name or Path ”选项中,点击“Brow se …”按钮,打开文件对话框,找到PCI 接口卡的库函数,找到Contr olCAN .dll 文件,或直接输入此节点所要链接的 DLL 路径名; 在“Function Name ” 下拉列表框中找到VCI _ResetCAN ,或直接输入函数名; 在“Call Conventions ”下拉列表框中选择“C ” ,表明所调用的库为使用C 语言自己创建的库,若调用的函数为Window s 标准共享库函数,则选择stdcall(W INAPI)选项;!在“Bro w se …”按钮下方的下拉表框中选择“Run in U I T hread ”,表明该调用过程运行在用户接口线程中;?完成函数输入输出参数和类型的配置(见表1),单击Add Par am eter A fter 按钮,定义函数的第一个参数,按照库函数要求完成Par am eter 框、Ty pe 框、Data T ype 框等,依次设置其他参数,设置
《虚拟仪器与LabVIEW程序设计》章节思考与练习题含答案(大学期末复习资料)
第1章虚拟仪器概述 1．测试测量仪器发展至今经过了那些阶段？ 答：经历了4个阶段，即：第一代模拟式仪器（或指针式仪器）、第二代数字式仪器、第三代智能仪器、第四代虚拟仪器。 2．什么是虚拟仪器，它有哪些特点? 答：虚拟仪器是指在以计算机为核心的硬件平台上，其功能由用户设计和定义，具有虚拟仪器面板，其测试功能由测试软件实现的一种计算机仪器系统。 特点：虚拟含义主要有两点：1、仪器面板是虚拟的，通过调用控件选板中的控件实现 3．简述虚拟仪器的系统组成？ 答：虚拟仪器系统由硬件平台和软件平台两大部分完成： 硬件平台：计算机、I/O接口设备；软件平台： 4．简述虚拟仪器的软件层次结构？ 答：测试管理层：用户及仪器设备等管理。 应用程序开发层：用户根据仪器功能需求开发设计的虚拟仪器程序。 仪器驱动层：完成对特定仪器的控制和通信的程序集合。 I/O总线驱动层：完成对仪器寄存器进行直接存储数据操作，并为仪器设备与仪器驱动程序提供信息传递的底层软件。 第2章一个简单VI的设计 1．输入两个数，求两个数的和差运算，并显示结果。
2．程序运行中，用旋钮控件改变图形曲线的颜色。建立波形图表的属性节点，改为可写，并指定为曲线Plot的颜色Color属性。 第3章几种常用的程序结构 1.创建一个VI产生100个随机数，求其最小值和平均值。
2.创建一个VI，每秒显示一个0到1之间的随机数。同时，计算并显示产生的最后四个随机数的平均值。只有产生4个数以后才显示平均值，否则显示0。每次随机数大于0.5时，使用Beep.vi产生蜂鸣声。 3.求X的立方和（使用For和While循环）。 4.编程求1000内的“完数”。“完数”指一个数恰好等于它本身的因子之和。例如28＝14+7+4+2+1。