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DeviceIoControl是Windows平台中用于设备控制和通信的API函数之一。这个API函数可以用来向设备驱动程序发送控制码(Control Code),以执行特定的操作,例如读写设备,获取设备状态等。
2. DeviceIoControl的参数
DeviceIoControl函数的原型如下:
```C++
BOOL DeviceIoControl(
HANDLE hDevice,
DWORD dwIoControlCode,
LPVOID lpInBuffer,
DWORD nInBufferSize,
LPVOID lpOutBuffer,
DWORD nOutBufferSize,
LPDWORD lpBytesReturned,
LPOVERLAPPED lpOverlapped
);
```
参数:
- `hDevice`:设备句柄,指向需要访问的设备对象的句柄,可以通过CreateFile()函数创建获得。注意,这个句柄需要具有访问设备的权限。
- `dwIoControlCode`:控制码,用于指定DeviceIoControl将要执行的操作,可以由设备驱动程序自定义。
- `lpInBuffer`:输入缓冲区,一个指向输入缓冲区的指针,用于向设备发送数据。
- `nInBufferSize`:输入缓冲区大小,指定输入缓冲区的字节数。
- `lpOutBuffer`:输出缓冲区,一个指向输出缓冲区的指针,用于从设备读取数据。
- `nOutBufferSize`:输出缓冲区大小,指定输出缓冲区的字节数。
- `lpBytesReturned`:输出字节数,一个指向输出字节数的引用参数,用于返回实际写入或者读取的字节数。
- `lpOverlapped`:异步I/O操作的OVERLAPPED结构体指针。如果使用同步I/O操作,则将该参数设为NULL。
3. DeviceIoControl的返回值
成功执行DeviceIoControl函数时,函数返回值为TRUE;否则,函数的返回值为FALSE。如果函数返回FALSE,则应调用GetLastError获得错误码。
4. DeviceIoControl的作用
DeviceIoControl API函数主要用于向设备驱动程序发送控制码(Control Code),以执行特定的操作,例如读写设备,获取设备状态等。因此,DeviceIoControl可以用于以下几个方面:
- 设备控制
DeviceIoControl主要用于向设备驱动程序发送指令,以控制设备的运行。这些指令可以涉及到设备的物理操作,例如磁盘的读写,硬件的输出等等。
- 设备通信
DeviceIoControl可以通过IOCTL接口实现设备间的通信,不同设备的驱动程序可以使用此功能向其他对等的设备驱动程序发送请求。
- 设备管理
DeviceIoControl可以在系统级别对设备进行配置和管理,用于获取和设置设备参数,例如打印机驱动程序可以使用此函数来获取打印机的状态信息、打印机队列的情况等等。
下面将介绍设备驱动程序的开发者如何使用DeviceIoControl函数实现设备控制和通信的功能。
5. DeviceIoControl的使用
在使用DeviceIoControl API函数之前,需要先了解与其相关的一些基本概念和知识点。
5.1 设备控制码(Control Code)
设备控制码(Control Code)是一个32位的标识符,用于指定DeviceIoControl将要执行的操作,例如读写设备,获取设备状态等。设备控制码由4个部分组成:
- 设备类型(Device Type):表示控制码对应的设备类型,例如FILE_DEVICE_DISK表示磁盘设备,FILE_DEVICE_KEYBOARD表示键盘设备等等。
- 访问模式(Access Mode):表示设备句柄的访问模式,例如读、写、读写等。Access Mode 由以下几个标志组成:
- FILE_READ_ACCESS:指定句柄为读访问模式。
- FILE_WRITE_ACCESS:指定句柄为写访问模式。
- FILE_READ_ACCESS|FILE_WRITE_ACCESS:指定句柄为读写访问模式。
- 功能码(Function Code):表示具体的功能码,也就是所执行的操作,由设备驱动程序自定义。
- 缓冲区方法(Buffering Method):指定数据在输入输出缓冲区中的读取和写入方式,如直接缓冲区、缓冲突存区等。
设备控制码的具体取值范围由Windows系统预定义,可以在Windows的SDK头文件winioctl.h中找到:
```C++
#define CTL_CODE(DeviceType, Function, Method, Access) \\
(((DeviceType) << 16) | ((Access) << 14) | ((Function) << 2) | (Method))
```
DeviceType表示设备类型,Function表示功能码,Method表示缓冲区方法,Access包括FILE_READ_ACCESS 和 FILE_WRITE_ACCESS。
例如,用于打开串口设备句柄的控制码:
```C++
#define IOCTL_SERIAL_GET_PROPERTIES CTL_CODE(FILE_DEVICE_SERIAL_PORT, 1, METHOD_BUFFERED, FILE_ANY_ACCESS)
```
IOCTL_SERIAL_GET_PROPERTIES是一个控制码,用于获取指定串口设备的属性值。其中FILE_DEVICE_SERIAL_PORT表示串口设备类型,1表示获取属性功能码。METHOD_BUFFERED表示通过缓冲区方法传递数据,FILE_ANY_ACCESS表示句柄可以是任意访问模式。
5.2 设备驱动程序的开发
设备驱动程序是指用于控制硬件设备的程序模块,它能够向操作系统提供对设备的访问接口,以实现设备的控制和信息传输等功能。设备驱动程序是Windows系统中最为核心和重要的组件之一。
在Windows系统中,每个设备驱动程序都是以一个Windows驱动程序的形式实现的。一个设备驱动程序通常由两部分构成:
- 设备对象(Device Object):表示设备驱动程序中管理的设备实例。设备对象存储了所有关于设备的信息,例如设备类型、设备属性、设备状态等等。
- 驱动程序代码(Driver Code):表示设备驱动程序的核心模块。驱动程序代码负责实现与设备相关的各种功能,例如设备的初始化、设备的读写、设备的控制等等。
在设备驱动程序中,DeviceIoControl函数通常被用于实现设备的控制和通信功能。开发者可以根据设备需求自定义控制码(Control Code),用于执行特定的操作。
下面将以串口设备驱动程序为例,介绍设备驱动程序如何使用DeviceIoControl函数实现设备控制和通信的功能。
5.3 串口设备的控制
实现串口设备的控制功能需要实现以下操作:
- 打开串口设备句柄。
- 配置串口设备的属性,如波特率、数据位、停止位、校验位等。
- 向串口设备发送数据。
- 从串口设备读取数据。
- 关闭串口设备句柄。
5.3.1 打开串口设备句柄
打开串口设备句柄需要使用CreateFile函数。打开串口设备句柄时,需要指定串口设备的访问权限和共享属性。例如:
```C++
HANDLE hCom = CreateFile(
TEXT(\"COM1\"), // 设备名称
GENERIC_READ | GENERIC_WRITE, // 访问权限
0, // 共享属性
NULL, // 安全属性
OPEN_EXISTING, // 打开方式
FILE_FLAG_OVERLAPPED, // 文件属性
NULL // 模板
);
```
打开串口设备句柄后,需要检查串口设备的连接状态。如果连接状态为错误,则调用CloseHandle关闭句柄。
```C++
if (hCom == INVALID_HANDLE_VALUE)
{
printf(\"打开串口 %s 失败\", port);
return -1;
}
if (!GetCommState(hCom, &dcbOld))
{
closePort(&hCom);
return -2;
}
```
其中GetCommState用于获取串口设备的通讯状态信息。
5.3.2 配置串口设备的属性
配置串口设备的属性可以通过设置DCB结构体来实现:
```C++
DCB dcbNew;
dcbNew.DCBlength = sizeof(DCB);
if (!BuildCommDCB(COMM_SET_DCB, &dcbNew)) //设置串口设备属性
{
closePort(&hCom);
return -3;
}
if (!SetCommState(hCom, &dcbNew))
{
closePort(&hCom);
return -4;
}
```
其中,BuildCommDCB用于设置串口设备属性,SetCommState用于设置串口状态信息。
5.3.3 向串口设备发送数据
在实现串口设备的控制功能时,通常需要向串口设备发送数据。这可以通过WriteFile函数实现,如下面的代码所示:
```C++
DWORD dwWrite;
if (!WriteFile(hCom, buffer, strlen(buffer), &dwWrite, NULL))
{
closePort(&hCom);
return -5;
}
```
其中,WriteFile用于向串口设备中写入数据。
5.3.4 从串口设备读取数据
从串口设备读取数据可以通过ReadFile函数实现:
```C++
DWORD dwRead;
if (!ReadFile(hCom, readBuffer, dwActualRead, &dwRead, &ovRead))
{
if (GetLastError() != ERROR_IO_PENDING)
{
CloseHandle(ovRead.hEvent);
CloseHandle(hCom);
return -6;
}
}
```
其中ReadFile用于从串口设备中读取数据,ERROR_IO_PENDING表示异步IO操作等待。
5.3.5 关闭串口设备句柄
在使用完串口设备并不再需要连接时,需要关闭串口设备句柄,以释放资源:
```C++
CloseHandle(hCom);
```
5.4 串口设备的通信
在串口设备之间进行通信需要实现以下操作:
- 打开串口设备句柄。
- 设置串口设备的属性,如波特率、数据位、停止位、校验位等。
- 通过串口设备向其他设备发送数据。
- 从其他设备通过串口设备读取数据。
- 关闭串口设备句柄。
5.4.1 打开串口设备句柄
打开串口设备句柄需要使用CreateFile函数。在打开串口设备句柄时,需要指定串口设备的访问权限和共享属性。
```C++
HANDLE hCom = CreateFile(
TEXT(serialPort),
GENERIC_READ | GENERIC_WRITE,
0,
NULL,
OPEN_EXISTING,
FILE_FLAG_OVERLAPPED,
NULL
);
```
打开串口设备句柄后,需要检查串口设备的连接状态。如果连接状态为错误,则调用CloseHandle关闭句柄。
```C++
if (hCom == INVALID_HANDLE_VALUE)
{
printf(\"连接串口错误, 错误码: %d\", GetLastError());
return -1;
}
```
5.4.2 设置串口设备的属性
不同的设备之间进行通信需要设置串口设备的属性。在Windows平台上,可以通过DCB结构体来设置串口属性。
```C++
DCB dcb;
ZeroMemory(&dcb, sizeof(dcb));
dcb.DCBlength = sizeof(dcb);
if (!GetCommState(hCom, &dcb))
{
printf(\"获取串口属性错误, 错误码: %d\", GetLastError());
return -2;
}
dcb.BaudRate = iBaudRate;
dcb.ByteSize = 8;
dcb.StopBits = ONESTOPBIT;
dcb.Parity = NOPARITY;
dcb.fParity = FALSE;
```
在设置串口属性时,需要注意参数的具体取值范围。例如在设置数据位时,只有7位或8位可用,停止位只有1位或2位可选。
5.4.3 打开其他设备句柄
在进行串口通信时,需要在程序中打开其他设备的句柄,从而与其他设备进行通信。
```C++
HANDLE hFile = CreateFile(
TEXT(szFileName),
GENERIC_READ | GENERIC_WRITE,
FILE_SHARE_READ | FILE_SHARE_WRITE,
NULL,
OPEN_EXISTING,
FILE_FLAG_OVERLAPPED,
NULL
);
```
其中,szFileName为其他设备的名称,例如COM2。
5.4.4 通过串口设备向其他设备发送数据
在向其他设备发送数据之前,需要先将数据写入到串口设备的缓存区中:
```C++
if (!WriteFile(hCom, pBuf, ulBufLen, &ulBytesWritten, &OverlappedWrite))
{
printf(\"发送数据错误, 错误码: %d\", GetLastError());
return -5;
}
```
5.4.5 从其他设备通过串口设备读取数据
读取其他设备通过串口设备发送的数据时,需要将串口设备中的数据读取到缓存区中:
```C++
if (!ReadFile(hCom, pBuf, ulBufLen, &ulBytesRead, &OverlappedRead))
{
if (GetLastError() != ERROR_IO_PENDING)
{
printf(\"读取串口数据错误, 错误码: %d\", GetLastError());
return -6;
}
}
```
5.4.6 关闭串口设备句柄
在使用串口设备通信完成之后,需要关闭串口设备句柄,以释放资源。
```C++
CloseHandle(hCom);
```
6. 总结
DeviceIoControl是Windows平台中用于设备控制和通信的API函数之一。通过它,设备驱动程序可以实现对设备的控制、通信和管理等功能。在开发设备驱动程序时,开发者可以根据设备需求自定义控制码(Control Code),用于执行特定的操作。DeviceIoControl API的参数、返回值、用法等需要开发者进行深入研究和实践,以实现设备的控制和通信功能。
DeviceIoControl函数是Windows API中用于和设备Driver通信的函数之一,它允许应用程序向设备发送控制命令,也允许应用程序读写设备数据等。这个函数非常强大,但是使用它也比较复杂,需要开发者在调用时非常小心,否则可能会导致不可预期的后果。
在使用DeviceIoControl时,一个非常重要的参数就是序列号。序列号是用来辨识每次发送的控制命令的,防止同一个设备同时处理多个控制命令时产生混淆。本文就是围绕序列号这个话题展开展开的。
2. 设备控制命令
DeviceIoControl函数最常用的就是发送设备控制命令。设备控制命令一般是由设备Driver定义的,用于操作设备的各种参数和状态。例如,设备控制命令可以是设置设备的工作模式,开关设备的某个功能等等。
可以通过DeviceIoControl函数的控制码参数来指定设备控制命令。设备Driver可以根据控制码来判断应用程序的请求,并采取相应的操作。控制码是一个32位的值,由四个部分组成:
1. 控制码类型: 设备类型、访问权限等。
2. 控制码号: 定义了具体的命令功能。
3. 缓冲区输入长度: 执行控制命令需要的数据长度。
4. 缓冲区输出长度: 接收到的数据长度或函数需要的缓冲区长度。
控制码是通过宏定义的方式实现的,例如:
#define MY_IOCTL_BASE 0x800
#define MY_IOCTL_RESET (_IOR(MY_IOCTL_BASE, 0, UCHAR))
#define MY_IOCTL_SEND (_IOW(MY_IOCTL_BASE, 1, MY_BUFFER))
#define MY_IOCTL_RECV (_IOR(MY_IOCTL_BASE, 2, MY_BUFFER))
在上述宏定义中,MY_IOCTL_BASE是宏的起始值,MY_IOCTL_RESET、MY_IOCTL_SEND、MY_IOCTL_RECV分别表示三个不同的设备控制命令。其中,_IOR表示输入命令,_IOW表示输出命令,MY_BUFFER是定义的结构体类型,表示向设备发送或从设备接收的数据。
3. 序列号的作用
当应用程序通过DeviceIoControl发送控制命令到设备Driver时,设备Driver需要判断控制命令是否合法以及需要执行哪些操作。设备Driver处理请求的时候,可能会需要很长的时间,因此设备Driver需要一个机制来避免同时处理多个请求时出现混淆。
由于DeviceIoControl函数非常灵活,应用程序可以同时发送多个控制命令到设备Driver,设备Driver需要有一种方法来区分这些请求。这就是序列号的作用了。
序列号是一个在整个请求处理过程中唯一的标识符。设备Driver在处理请求时,会记录下序列号,根据序列号来区分不同的请求并保持执行顺序。通过使用序列号,设备Driver可以确保自己只处理一个请求,并在完成后通知应用程序。
4. 序列号的生成
在应用程序中,序列号是由应用程序自己生成的。应用程序可以定义一个全局变量,在每次发送控制命令时自动递增。也可以根据需要手动指定序列号。
无论是自动递增还是手动指定,都需要遵循以下要求生成序列号:
1. 序列号必须是一个32位的值。
2. 序列号不能为0或1。设备Driver会将0或1作为无效的序列号处理。
3. 序列号不能重复。如果序列号重复了,设备Driver就无法区分不同的请求。
5. 序列号的传递
当应用程序发送一个控制命令时,会将指定的序列号和其他参数打包成一个请求。然后通过DeviceIoControl函数将请求发送给Device Driver。
在处理完毕一个请求后,设备Driver会将处理结果作为输出参数返回给应用程序。在返回结果中,设备Driver会返回应用程序传递进来的序列号。应用程序通过检查返回的序列号来确定哪个请求被处理了。
应用程序需要注意的是,设备Driver并不会保证请求按照发送的顺序被处理。设备Driver可能会根据某些规则进行排序,以便保证设备的正常工作。因此,应用程序需要在处理返回结果时,仔细检查每个请求的序列号是否正确。
6. 序列号的使用示例
下面给出一个使用DeviceIoControl函数的示例。假设应用程序要向设备发送一个控制命令,并需要等待设备结果。序列号可以使用自动递增的方式生成。
DWORD sequenceNumber = 2;
// 准备要发送的控制命令
MY_BUFFER buffer; // 这是一个定义在用户代码中的结构体,用于存储数据
DWORD bufferLength = sizeof(buffer); // 计算缓冲区长度
// 发送控制命令
BOOL success = DeviceIoControl(
hDevice, // 设备句柄
MY_IOCTL_SEND, // 控制码
&buffer, bufferLength, // 输入缓冲区和长度
&buffer, bufferLength, // 输出缓冲区和长度
NULL, // 不需要重叠的IO处理
NULL); // 对于同步请求,不需要OVERLAPPED
if (!success) {
// 处理错误情况
}
// 等待设备结果(这里假设设备需要一段时间才能返回结果)
DWORD timeout = 5000; // 等待5秒钟
DWORD result = WaitForSingleObject(hEvent, timeout);
if (result != WAIT_OBJECT_0) {
// 处理超时情况
}
// 读取设备结果
DWORD bytesReturned;
success = GetOverlappedResult(hDevice, &overlapped, &bytesReturned, TRUE);
if (!success) {
// 处理错误情况
}
// 检查序列号是否正确
if (overlapped.Internal == STATUS_SUCCESS && overlapped.InternalHigh == sequenceNumber) {
// 处理成功情况
}
else {
// 处理失败情况
}
在上述代码中,先定义了一个序列号sequenceNumber为2。然后发送了一个控制命令,并等待设备处理结果。最后通过GetOverlappedResult读取设备结果,并检查序列号是否正确。
7. 总结
本文介绍了DeviceIoControl函数中序列号的作用和使用。序列号是用来辨识每次发送的控制命令的,防止同一个设备同时处理多个控制命令时产生混淆。在使用DeviceIoControl时,开发者需要仔细考虑序列号的生成和使用,以确保设备Driver能够正确处理请求。
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