微軟公司的windows視窗不僅改變了計算機操作界面，同時也改變了一個時代，它不需要有很高的打字技巧，也不需要理解各種枯燥、深奧的命令，使越來越多的人能夠接觸計算機，并且在各自的生活、工作、學習中廣泛運用。人們只要按一下鼠標或者一兩個按鍵，就可以完成很多事情，計算機也因此更加生活化，并以前所未有的速度普及開來。

　　針對DMA的Windows虛擬設備驅動程序并不常見，因為DMA設備對物理地址采取的是直接尋址，要保護正確地尋址相對較困難。筆者在開發(fā)利用DMA技術實現(xiàn)的高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)——核譜獲取和高速生理信號采集處理系統(tǒng)時，成功地編寫了DMA虛擬設備驅動程序。

　　1 系統(tǒng)硬件設計

　　利用DMA技術實現(xiàn)的高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)框圖如圖1所示，該系統(tǒng)采用了ISA總線與PC機接口。當數(shù)據(jù)通過A/D轉換采集進來后，先存儲到系統(tǒng)內(nèi)部的數(shù)據(jù)緩存SRAM中；當數(shù)據(jù)存滿預定的字節(jié)數(shù)后，系統(tǒng)即向計算機發(fā)出DMA申請。DMA控制器在接管總線以后，在沒有CPU的干預下，以極快的速度將緩存中的數(shù)據(jù)經(jīng)計算機總線送到計算機內(nèi)存中，再由計算機進行數(shù)據(jù)分析處理。

　　2 基于Win98平臺的DMA高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的軟件設計

　　軟件部分先使用VtoolsD開發(fā)出虛擬設備驅動程序（VxD），再以Visual C++6.0為開發(fā)工具進行界面設計和數(shù)據(jù)處理。

　　虛擬設備驅動程序VxD（Virtual Device Driver）是用來擴展Windows操作系統(tǒng)功能的一類程序。它主要向一般的應用程序（運行于ring3級）提供位于系統(tǒng)底層的服務，解決難于被一般的ring3級的應用程序處理的問題，如對硬件的支持等。VxD可以不受限制地訪問所有的硬件設備，可以自由檢查操作系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結構，并可以訪問一些內(nèi)存地址。

　　VDMAD即DMA設備驅動程序，它提供一個虛擬的DMA控制器，使得在Windows平臺上，虛擬機（VM）之間共享DMA成為可能。在DMA方式下傳輸數(shù)據(jù)時，DMA控制器從一個物理地址開始，每傳送完一個字節(jié)，地址自動加1或減1，再順序存放下一字節(jié)的內(nèi)容。執(zhí)行DMA數(shù)據(jù)傳輸時，VDMAD自身占用了一塊物理連續(xù)的內(nèi)容，此內(nèi)存便成了VM與DMA通道間交換信息的關鍵。

　　windows98是微軟公司推出的windows95的升級版本，它保持了原來window95的風格，也增加了不少新的特征。windows98各種新增的系統(tǒng)工具使系統(tǒng)的性能更穩(wěn)定，功能更強大；FAT32，系統(tǒng)文件檢查器，電源管理，磁盤掃描和整理，這些都是您不可缺少的好幫手。windows98創(chuàng)新的、容易使用的特征使您可以更方便地使用計算機；調(diào)整向導、WEB集成、更新的向導方式，及增強的幫助，仔細琢磨一下，肯定會有大收獲。windows98新的向導使復雜的操作變得更簡單，增強的即插即用功能使您可以更方便地添加新硬件，而它強大的網(wǎng)絡功能和與WEB集成的特征使您可以更方便地使用Internet，系統(tǒng)附加的各種多媒體程序使您的計算機成為一個娛樂中心。

　　另外，windows98還提供了更多的硬件支持功能，譬如，它可支持多臺顯示器同時工作，您可一邊欣賞電影，一邊工作；它還支持通用串行總線USB（Universal Serial Bus），通過此端口，可支持多達127個外加周邊設備，如USB揚聲器、掃描儀、數(shù)碼鏡頭等；除此之外，windows98還支持DVD等新型多媒體設備。

　　專門開發(fā)虛擬設備驅動程序的工具以Windows DDK和VtoolsD較著名。VtoolsD較方便、快捷，是專門用于編寫虛擬設備驅動（VxD）程序的表格式的開發(fā)工具。編程者只要填寫了有關的設備名稱、版本信息、需求的Windows控制消息之后，VtoolsD就會自生成VxD的程序框架，只需對一些有用的消息增添相應的功能代碼，就可以編譯成VxD文件，供一般的應用程序調(diào)用。這里假設設備名為MYDMA，VtoolsD輸出三個有用的程序：Madma.h、Mydma.c、Mydma.mak；分別打開Mydma.h和Mydma.c進行代碼功能的完善；在Visual C++6.0中，通過Mydma.mak文件加載工程，編程生成Mydma.VxD文件；在ring3級程序中即可中通過CreateFile函數(shù)進行調(diào)用。

　　3 DMA設備驅動程序的編寫

　　VxD在虛擬化了某個DMA通道后，必須利用VDMAD提供的特殊服務，管理DMA內(nèi)存緩沖以及應用程序內(nèi)存緩沖。Buffer是一塊在物理地址上連續(xù)的內(nèi)存；Region是一塊在線性地址上連續(xù)的內(nèi)存。因為DMA只能識別物理地址，從而要求用于DMA傳輸?shù)膬?nèi)存地址是線性的。如果Region不能滿足需要或是不連續(xù)時，VxD向VDMAD申請一個Buffer用作傳輸數(shù)據(jù)的中介。VDMAD控制DMA設備的設備驅動程序，賦給設備要傳送數(shù)據(jù)的邏輯地址、數(shù)據(jù)長度以及傳送方向，該設備在沒有主機CPU的幫助下將數(shù)據(jù)移到指定的內(nèi)容。

　　這里給出一個簡單的開發(fā)實例，使用的DMA通道是第3號通道。有過在DOS下DMA編程經(jīng)驗的人都知道，在允許DMA傳輸之后，要對其狀態(tài)寄存器進行查詢。當然還可以在DMA傳輸完成以后，由/EOP信號產(chǎn)生中斷，通知計算機DMA傳輸結束；或是用一個timeout估計傳輸時間進行計時，計時到即DMA傳輸結束。部分程序如下：

　　//Mydma.h頭文件

　　#define MAX_TRANSFER_BYTES //傳輸字節(jié)數(shù)（自定）

　　#define MAX_PHYS_ADDR 0xFFF

　　#define DMA_CHANNEL_NUMBER 3 //使用3號通道

　　#define READ_DATA 111 //ring3級程序傳入的命令碼

　　//模式字定義

　　#define SINGLE_MODE 0x40 //單字節(jié)傳輸模式

　　#define INCREMENT_MODE 0x00 //地址加1傳輸模式

　　#define WRITEMEM_MODE 0x04 //寫傳輸

　　……

　　//Mydma.c文件

　　//全局變量聲明

　　BOOL hDMA;

　　PVOID ClientBuffer;

　　ULONG PhysAddr;

　　DWORD nBytes;

　　DWORD nPages;

　　PVOID DMABufferLinear;

　　……

　　BOOL OnSysDynamicDeviceInit（ ）

　　{

　　//虛擬化通道3

　　hDMA=VDMAD_Virtualize_Channel（DMA_CHANNEL_NUMBER,NULL,NULL）；

　　if （hDMA = =0）

　　{

　　}

　　return FALSE;

　　}

　　else

　　return TRUE;

　　}

　　BOOL OnSysDynamicDeviceExit（ ）

　　{

　　if （hDMA）

　　VDMAD_Unvirtualize_Channel（hDMA）；

　　return TRUE;

　　}

　　DWORD OnW32Deviceiocontrol（PIOCTLPARAMS p）

　　{

　　BOOL status;

　　DWORD count;

　　//局部變量定義

　　VMHANDLE hVM=Get_Cur_VM_Handle（ ）；

　　Switch （p->dioc_IOCtlCode）

　　{

　　case DIOC_OPEN://ring3級程序調(diào)用

　　CreateFile函數(shù)打開VxD文件

　　……//進行簡單處理即可

　　case DIOC_CLOSEHANDLE://當ring3級程序調(diào)用CloseHandle函數(shù)時

　　…… //簡單處理即可

　　case READ_DATA: //命令碼傳入

　　…… //對一變量進行賦值

　　status=VDMAD_Lock_DMA_Region（ClientBuffer,nBytes,0,&MaxLockable,&PhysAddr,&error）；

　　if （status ==0） //region鎖定失敗，申請buffer

　　{

　　nPages =……

　　status=PageAllocate（nPages，PG_SYS，0，0xF,0,MAX_PHYS_ADDR,&PhysAddr,PAGE CONTIG PHGEFIXED PAGEUSEALLGN,&hMem,&DMABufferLinear）；

　　if （status = =FALSE）

　　{

　　return DIOC_FAILURE;

　　}

　　……

　　}

　　VDMAD_Phys_Mask_Channel（hDMA） //屏蔽DMA通道

　　VDMAD_Set_Region_Info（hDMA,bufID,TRUE,bUsingDMABuffer?DMABufferLinear:ClientBuffer,nBytes,（PVOID）PhysAddr）；

　　VDMAD_Set_Phys_State（hDMA,hVM,SINGLE_MODE WRITEMEM_MODE INCRE-MENT_MODE）； //寫DMA模式寄存器

　　VDMAD_UnMask_Channel（hVM,hDMA）； //允許DMA傳輸

　　while（count!=0x0） //查詢DMA現(xiàn)行字節(jié)計數(shù)器，等待DMA傳輸完畢

　　{

　　Count=VDMAD_Get_Phys_Count（hDMA）；

　　}

　　…… //作些結束處理

　　default:

　　return 1; //調(diào)用失敗

　　}

　　}

　　4 VxD的調(diào)用示例

　　//在ring3級中調(diào)用VxD的方法

　　HANDLE hVxD

　　HVxD=CreateFile （\\.\mydma3.vxd,0,0,0,CREATE_NEW,FILE_FLAG_SELETE_ON_CLOSE,0）； 打開設備文件

　　//DeviceIoControl函數(shù)用法，其中pVal為預留的內(nèi)存，bighytes為ring3級程序傳遞給VxD的數(shù)據(jù)緩沖字節(jié)數(shù)。

　　DeviceIoControl （hVxD，READ_DATA，pVal,bigbytes，NULL，

　　0，&nbytes,0）

　　采用DMA技術傳輸數(shù)據(jù)較之查詢、中斷方式，無論在速度上還是數(shù)據(jù)傳輸量的大小上都優(yōu)越得多。尤其在Windows98下虛擬設備驅動程序的開發(fā)，使得整個系統(tǒng)的圖文界面更加美觀，操作方便、靈活，大大縮短了開發(fā)周期，提高了效率。