0 引言

　　目前，开放式数控系统正得到日益广泛的应用，其中控制工程网版权所有，基于Windows和PC机的开放式数控系统将成为数控技术发展的趋势。本文研究的数控系统采用NC嵌入PC的开放式结构，并以Windows 2000操作系统为平台。NC嵌入PC型数控系统是指将运动控制卡插入计算机的扩展槽中，由PC机完成非实时性处理任务，实时控制则由运动控制卡来承担。由于在Windows环境下，用户态的应用程序不能直接访问硬件，而要通过调用执行于核心态的设备驱动程序间接地访问硬件资源，因而，应用程序要对该数控系统中的运动控制卡进行访问，必须为其开发设备驱动程序。

　　本文以该数控系统中基于PCI总线的DSP运动控制卡为研究对象，主要讨论该运动控制卡在Windows 2000环境下的WDM驱动程序的设计。

　　1 WDM驱动程序的结构及开发工具简介

　　1.1 WDM驱动程序的结构

　　Windows Driver Model （WDM）驱动程序是一种PnP（即插即用）驱动程序，它同时还遵循电源管理协议，并能在Windows 98，Windows 2000和Windows XP间实现源代码级兼容。在WD

M驱动程序模型中，每个硬件设备至少有两个驱动程序。其中一个驱动程序称为功能驱动程序，负责初始化I/O操作，处理I/O操作完成时带来的中断事件，并为用户提供一种连接设备的控制方式;另一驱动程序称为总线驱动程序控制工程网版权所有，它负责管理硬件与计算机连接[1]。

　　WDM驱动程序采用分层的结构模型www.cechina.cn，如图1所示[2]。图1中左边是一个设备对象堆栈，设备对象是操作系统为帮助软件管理硬件而创建的数据结构。处于堆栈最底层的设备对象称为物理设备对象，简称为PDO。在设备对象堆栈的中间有一个对象称为功能设备对象，简称为FDO。在FDO的上面和下面还会有一些过滤器设备对象，简称为FiDO。位于FDO上面的过滤器设备对象称为上层过滤器，位于FDO下面的过滤器设备对象称为下层过滤器。在单个硬件的驱动程序堆栈中CONTROL ENGINEERING China版权所有，总线驱动程序管理计算机与PDO所代表的设备的连接。功能驱动程序管理FDO所代表的设备。过滤器驱动程序用于监视和修改I/O请求包（IRP）流。

图1 WDM设备对象和驱动程序的层次结构

　　1.2 开发工具简介

　　开发驱动程序的软件很多，如NuMega公司的DriverStudio、Jungo公司的WinDriver和Microsoft公司的DDK等。在使用中，虽然利用DDK开发的驱动程序代码非常简洁，结构清晰，效率也高，但是开发难度较大[3]。利用DriverStudio、WinDriver等第三方开发工具则使用简单，开发速度较快。因此选用NuMega公司提供的DriverStudio作为开发工具。

　　NuMega公司的DriverStudio是一套用来简化微软Windows平台下设备驱动程序的开发、调试和测试的工具包。DriverStudio包括DriverWorks、DriverNetworks、SoftICE和VToolsD等工具模块。其中控制工程网版权所有，DriverWorks包含一个非常完善的源代码生成工具（DriverWizard）以及相应的类库和驱动程序样本，它提供了在C++下进行设备驱动程序开发的支持。

　　2 运动控制卡的硬件结构

　　所设计的运动控制卡采用TI公司的TMS320LF2407 DSP芯片为核心处理器。该运动控制卡的硬件系统包括PCI接口子模块、数字信号处理器（DSP）子模块和轴控制接口子模块。

　　该运动控制卡的PCI接口采用PLX公司的PCI9052接口芯片，这是PLX技术公司为扩展适配板卡推出的能提供一种混合高性能PCI总线目标模式的接口芯片。它可与多种局部总线相连，并具有异步操作、中断产生器、FIFO等特点。运动控制卡与上位PC机通过PCI总线进行连接www.cechina.cn，PCI接口子模块通过双端口存储器RAM器件IDT7026与DSP子模块连接。双端口存储器（RAM）是一个双向FIFO数据存储器，起数据缓冲的作用。轴控制接口子模块则通过CPLD（复杂可编程逻辑器件）与DSP子模块连接。运动控制卡硬件结构示意图如图2所示[4]。

图2 运动控制卡硬件结构示意图

　　3 运动控制卡驱动程序的设计

　　使用DriverWorks为该运动控制卡开发WDM驱动程序主要有三个步骤：创建WDM驱动程序框架;实现驱动程序的具体功能;生成WDM驱动程序。下面是借助DriverWorks设计运动控制卡WDM驱动程序的具体方法。

　　3.1 使用DriverWizard生成WDM驱动程序框架

　　DriverWizard是DriverWorks创建WDM框架程序的工具。在创建一个PCI设备的WDM驱动程序框架时，共有十一步，其中以下几点需特别注意：