在計算機控制領域，隨著硬件的發展，一些原本十分復雜的控制算法的設計和仿真變得越來越容易實現。與基于VME、MULTIBUS以及STD總線的平臺相比，基于ISA總線的高性能PC工控機（IPC）無疑是近來應用最為廣泛的主流產品。這主要得益于IPC與PC的軟件兼容性，此外其開放性結構、外圍高性能I/O模板的不斷涌現以及實進工業網絡的迅速發展都為IPC創造了有利的發展環境?？梢哉f，IPC的時代已經到來。此外，在當今的計算機控制領域中，控制軟件是否基于Windows平臺已經成為產品是否有競爭力的重要標準之一。目前基于Windows平臺的相關產品已經占據了市場份額的90%。而Windows 9X和Windows NT憑借其出色的多任務、圖形用戶接口（GUI）、性能優越的硬件兼容性以及卓越的32位軟件環境等性能已經越來越廣泛地被應用于工業控制，成為實現實時控制的優秀平臺。在Windows9x（95、97、98）下，用戶如果需要實現對硬件的中斷、DMA或存儲空間物理地址等資源進行訪問，必須通過設備驅動程序來進行硬件操作；在WindowsNT下，即使是簡單的I/O操作，也需要編寫驅動程序方能與硬件打交道。

兼容X86指令的微機CPU運行時有4個優先級，Ring0~Ring3。操作系統與驅動程序運行在Ring0級，Ring3級，對資源控制受到一些限制。對于Ring0級的驅動程序而言，它的編寫和調試要求程序開發者掌握Windows9x、NT及Windows2000的內核管理機制，對于開發人員來講這有相當大的難度。在這里，使用美國Jungo公司出品的WinDriver工具包，在不更改程序代碼的前提下，完成了在多個操作系統下對硬件中斷的一致處理，很方便地解決了硬件與程序在不同系統下的移植問題。

1 Windows下硬件中斷的管理機制

在多任務的環境里，硬件設備中斷管理程序是非常重要的系統級程序。它不僅要把硬件發生的中斷時間傳給相應的驅動程序，還要允許某些設備驅動程序處理它們特殊的中斷服務。在Windows平臺下，VPICD（虛擬可編程中斷控制器）就是這樣的硬件設備管理程序，它負責管理所有的硬件中斷時間。PC機的硬件中斷需要確定硬件中斷的IRQS（中斷申請號），對一個特定的IRQ中斷源，VPICD或提供缺省的中斷處理函數，或允許其它VxD重載中處理函數。

VPICD提供的缺省中斷處理是：首先置中斷禁止，再觸發相應VM中的中斷處理函數。因為VPICD實現了對PPIC的虛擬化，所以當VM中的中斷處理函數發送EOI（中斷處理結束指令）時，VPICD即對PPIC發EOI指令。最后，VPICD控制處理函數的返回操作，恢復中斷，并置VM狀態為VM進入中斷前的狀態。當VPICD對某些中斷的缺省處理不夠充分或則不太合適時，就需要親手編寫一個VxD，在其中實現中斷的虛擬化。VxD將決定如何處理硬件中斷以及如何調用VM中的中斷處理函數。

2 WinDriver工具包簡介

WinDriver是美國Jungo公司出品的用于編寫驅動程序的一種工具包，主要針對ISA/PCI插卡，4.2版本以后還提供了USB的開發工具。最新版本4.40版所編寫的程序兼容性十分強大，包括了Windows9x、Windows NT、Windows2000、Solaris（Intel）、VxWorks（Intel）、OS/2等諸多操作平臺。Windriver主要包括一個WindriverWizard、一個Windriver發行包、多個公用程序以及大量的例程。

（1）WinDriverWizard

這是一個友好的Windows向導界面。運行WinDriverWizard，然后，選擇“GenerateCode”選項，WinDriverWizard會為你的插卡產生基本的程序代碼。4.2版本以后還提供了多種編程語言選擇，幾乎包括了所有流行的編程語言，如VC4~VC6、Borland C++Builder3~4、Pascal、Delphi、Linuxmake、Solariesmake等等。這就讓用戶不必去學新的編程語言，很容易地直接上手。

（2）公用程序

WinDriver提供了pci_Scan、pci_dump、pci_diag、isapnp-scan、wdreg、wddebug等多個公用程序。pci_scan可以給出安裝的PCI卡及系統為它們分配資源的列表；pci_dump則負責得到已安裝的PCI卡的系統配置信息；pci_diag兼有兩者功能；isapnp_scan為用戶指出了即插即用的ISA插卡的有關信息；wdreg為用戶提供了修改注冊表的工具；wddebug則是一個用于調試用戶程序的有效工具。

（3）大量例程

WinDriver提供了許多例程，使用者可以利用它們來產生自己驅動程序的基本框架。在WinDriver提供的在線幫助里，可以查到許多WinDriver封裝好的功能函數。這些函數能夠方便地實現中斷處理、DMA傳輸、I/O操作、內存映射以及即插即用等功能。耐用對于常用的PCI橋芯片，如PLX9050、PLX9060、AMCC5933、V3、ALTERA、GT64等等，提供了特定的檢測程序和相應的API函數，大大減輕了用戶的編程難度。

3 WinDriver的驅動程序編程模式原理

WinDriver編程有兩種模式。一種模式是用戶模式，這種模式實際上不是讓用戶來編驅動程序，而是利用軟件自身提供的驅動程序Windrvr.vxd和Windrvr.sys，用戶所面對的中是驅動程序給出的相應功能接口；即使是這個接口，也用高級語言進行了很好的封裝，使用十分容易。另一種模式是“核心插入”模式用KernelPlugIn方式進行編程，形成。vxd和。sys文件，。當用戶有特殊的速度要求時，后者是較好的方式。

對于對操作系統內核了解不多的開發者，使用用戶模式，這里要特別注意以下幾個功能函數：

（1）WD-Open（）--獲得驅動程序（指Windrvr.vxd或Windrvr.sys）的句柄，它實際上是調用了Create-File（）API函數，在程序開始時必須調用；

（2）WD-Close（）--釋放驅動程序的句柄，它實際上是調用了CloseHandle（）API函數，在程序結束時必須調用；

（3）WD-CardRegister（）--負責插卡登記項目的建立和資源分配，資源包括I/O操作，內存分配、中斷處理等。它調用了DeviceIOControl（）API函數；

（4）WD-CardUnRegister（）--負責插卡登記項目的刪除和資源釋放，與前者相對應，也調用了DeviceIOControl（）API函數；

（5）InterruptThreadEnable（）-中斷使能，使能后可以接收中斷信號，調用Interrupt_handler（）函數對中斷進行相應處理。在其中集成了CreateThread（）API函數；

（6）Interrupt_handler（）-中斷處理函數，開發者在這里加入自己對硬件的控制代碼。

（7）InterruptThreadDisable（）-使中斷無效的函數，屏蔽掉中斷信號，不再對其進行處理。在其中集成了WaitForSingleObject（）和CloseHandle（）這兩個API函數。

4 具體示例

下面給出一個用戶模式的具體示例。用VisualC++6編譯調試通過，在Windows9x和WindowsNT下系統運行良好，在Windows2000下也能夠穩定運行。對于Windows9x系統，注意將windrvr.vxd拷貝到C：\Windows\System\Vmm32目錄下；對于WindowsNT系統，注意將windrvr.sys拷貝到C：\WINNT\System32\DRIVERS目錄下。Listen_Interupt.C程序框架如下，該程序實現了中斷12的截獲：

Listem_Interupt.c源程序

//應包含的頭文件

#include"http://include/windrvr.h"

#include"http://include/windrvr_int_thread.h"

#include

//設置自己的中斷號，這個例子為中斷12

enum{MY_IRQ=12};

//建立全局的WinDriver包柄

HANDLE hWD;

//建立中斷結構

WD_INTERRUPT Intrp;

Static char line[256];

//中斷處理過程，你可以用pData來傳遞從InterruptThreaEnable（）得來的信息

VOID interrupt_handler（PVOID pData）

{

//在這里加入你要做的中斷處理代碼

prinft（'截獲中斷的數目為%d\n',Intrp.dwCounter）；

}

//主函數

int main（）

{

WD_CARD_REFISTER cardReg;//建立插卡登記項目的一個實例

WD_VERSION verVuf;

hWD=WD_Open（）；//獲得驅動程序的句柄

if（hWD==INVALID_HANDLE_VALUE）

{

Printf（"打開WINDRVR出現錯誤！\n"）；

return0;

}

BZERO（verBuf）；

WD_Version（hWD,&verBuf）；

if（verBuf,dwVer

{

printf（"WINDRVR版本不正確，這里需要的版本為：%d\n",WD_VER）；

return0;

}

//初始化cardReg，這是程序的重要部分

BZERO（cardReg）；

cardReg.Card.dwItems=1;

cardReg.Card.Item[0].item=ITEM_INTERRUPT;

cardReg.Card.Item[0].fNotSharable=True;

cardReg.Card.Item [0].I,Int,dwIntrrupt=MY_IRQ;

cardReg.Card.Item[0].I.Int.dwoptions=1;

cardReg.fGhecklockOnly=True;

WD_CardReguster（hWD,&cardReg）；

if（cardReg.hCard==0）

{

prinft（'無法鎖定設備！'）；

}

else

{

HANDLE thread_handle;

BZERO（Intrp）；

Intrp.hInterrupt=cardReg.Card.Item[0].I.Int.hInterrupt;

Intrp.Cmd=NULL;

Intrp.dwCmds=0;

Intrp.dwOptions=0;

printh（'開始中斷線程\'）；

//這里調用WD_IntEnable（），并且建立一個中斷處理的線程

if （！InterruptThreadEnable （&thread_handle,hWD,&Intrp,&interrupt_handler,NULL））

{

printf（'中斷使能失??！\n'）；

}

else

{

//callyourdrivercodehere

printf（'敲回車鍵不再進行中斷截獲\n'）；

gets（line）；

//這里調用禁止截獲中斷的函數WD_IntDisable（）

InterruptThreadDisable（&thread_handle）；

}

//釋放所登記的資源

WD_CardUnregister（hWD,&cardReg）；

}

//刪除驅動程序的句柄。

WD_Close（hWD）；

return0;

}

按照本文給出的技術方案，掌握必要的Windows編程技術，即可以成功地實現Windows環境下對硬件中斷的直接控制，很方便地在不同系統下進行移植。