VC 2010下WinIo 3.0直接访问I/O端口

付笑宇 张线媚

摘 要：WinIo 3.0软件包只提供了在C#使用WinIo的用例，且没有提供WinIo.lib文件，使得VC 2010下无法直接使用WinIo。在VC 2010下对WinIo 3.0的源码重新进行编译生成WinIo.lib，修改WinIo.h文件后VC 2010下即可直接使用WinIo。给出了一个应用样例，实验结果表明该方法安全、简洁、高效。

关键词：内核态 WDF 驱动程序 I/O端口

中图分类号：TP311 文献标志码：A 文章编号：1672-3791（2015）05（a）-0020-02

在电网实时测控系统研发过程中，需要使用in和out指令对测控单元的端口直接进行读写，但X86CPU的硬件保护机制将I/O指令指定为特权指令，禁止用户态的应用程序访问I/O端口。用户态的应用程序只能通过运行于核心态的设备驱动程序提供的API间接地访问I/O端口，实时性较差。

Windows操作系统为用户提供了WDM （Windows Driver Model）[1]架构，用于编写设备驱动程序。WDM架构异常复杂，要求开发人员对Windows系统内部的管理机制非常熟悉，有丰富的系统级应用开发的经验，驱动程序的调试相对困难，其安全性与效率无法保障。

Yariv Kaplan在2010年发布开源软件WinIo 3.0[2]，它采用了非文档化的Windows API（native API）和其它一些底层编程技巧绕过Windows安全保护机制，Windows下的应用程序程序可直接对I/O端口进行操作、

1 WinIo 3.0简介

WinIo 3.0支持32位和64位版的Windows 7/8，它提供了10个库函数，用于对I/O端口和内存物理存储单元的直接读写。WinIo软件包由WinIo.sys、winio_nt.h、Winio.h、WinIo.dll、WinIo.lib（未提供，需要用户在VC2010下生成）等5个核心文件组成。与I/O端口操作相关的4个函数如下：

（1）WinIo库函数初始化。

WINIO_API bool -stdcall InitializeWinIo（）；

（2）卸载WinIo库函数。

WINIO_API void -stdcall ShutdownWinIo（）；

（3）I/O端口读操作函数。

WINIO_API bool _stdcall GetPortVal（WORD wPortAddr，PDWORD pdwPortVal，BYTE bSize）；

参数wPortAddr为端口地址，16位整型变量或常量；参数pdwPortVal为指向一存放读取端口内容的32位整型变量指针；参数bSize为实际读取的字节数，8位整型变量或常量，取值范围为1、2或4，表示读操作的对象为8位、16位或32位端口。

（4）I/O端口写操作函数。

WINIO_API bool _stdcall SetPortVal（WORD wPortAddr，DWORD dwPortVal， BYTE bSize）；

参数wPortAddr为端口地址，16位位整型变量或常量；参数dwPortVal为要写入端口的32位整型变量或常量；参数bSize为实际写出的字节数，取值范围为1、2或4，表示写操作的对象为8位、16位或32位端口。

2 VC 2010下WinIo 3.0的应用

2.1 VC 2010下WinIo.lib的生成

WinIo 3.0软件包的Source文件夹下包含了WinIo的源文件及其所需的资源，其下的DLL文件夹为VC 2010的WinIo项目文件夹。生成WinIo.lib文件的步骤如下。

（1）双击“WinIo.sln”启动WinIo项目。

（2）在VC 2010 IDE下打开“生成”菜单，单击“生成WinIo”。

生成的WinIo.lib文件它存放于“.＼Suorce＼DLL＼Debug”文件夹。注意：VC 2010学习版不能生成WinIo.lib文件。

2.2 VC 2010下WinIo应用环境配置

（1）创建一个Win32控制台应用项目。

启动VC 2010，创建一个“Win32控制台应用程序”的WinIoDemo项目，在VC2010 IDE下打开“生成”菜单，单击“生成WinIoDemo”。

（2）复制WinIo核心文件到制定的文件夹。

将WinIo 3.0软件包的Source文件夹下的winio_nt.h、Winio.h与WinIo.lib复制到WinIoDemo项目文件夹下，WinIo.sys与WinIo.dll复制到WinIoDemo项目文件夹下的Debug文件夹。

（3）修改Winio.h文件。

将Winio.h中的“#include"..＼drv＼winio_nt.h"”，修改为“#include "winio_nt.h"”；

（4）配置链接器附加依赖项。

在VC 2010 IDE下打开“项目”菜单，单击“属性”，打开项目属性页对话框，打开“配置属性”目录树，选择“链接器”下的“输入”子项，在“附加依赖项”中添加“WinIo.lib”，如图1所示。WinIo应用环境配置完成，用户可以编写自己的源代码进行调试。

2.3 CMOS RAM读写实例

PC机的主板上集成有CMOS实时时钟，为操作系统提供时间信息：年、月、日与时、分、秒。它附有128或256个字节的RAM，用于存放时间与硬盘、内存、显示卡等最基本的硬件配置信息。操作系统启动时，从CMOS实时时钟中读取时间信息作为系统的基准时间。系统断电后由后备的锂电池供电，以保障信息不丢失。

PC机为CMOS实时时钟分配了70H和71H两个8端口，用于访问CMOS RAM，在进行读写操作时，需要先向70H端口写入CMOS RAM单元的地址，然后通过71H端口进行读写操作。

CMOS RAM的0、2、4单元分别存放秒、分、小时信息，7、8、9单元依次存放日、月、年信息，这些数据均采用压缩的BCD码表示。下面的代码是一个完整的利用WinIo实现对I/O端口直接进行读写操作的样例，它先读取CMOS RAM的9号单元的年份信息并显示，然后再向9号单元写入新的年份信息。重新启动PC后，Windows系统则采用新的年份。该样例源代码在32位版的Windows 7/8操作系统平台上，使用VC 2010调试通过。

#include "stdafx.h"

#include "stdio.h"

#include "conio.h"

#include

#include "winio.h"

int _tmain（int argc， _TCHAR* argv[]）

{

DWORD dwPortVal；

bool bResult；

bResult = InitializeWinIo（）；

if （bResult）

{

// write CMOS ram addr=9

SetPortVal（0x70， 9， 1）；

// read CMOS ram addr=9，year，BCD code

GetPortVal（0x71， &dwPortVal， 1）；

printf（"Current Year：%4x＼n"，dwPortVal）；

printf（"Enter new year："）；

scanf（"%x"，&dwPortVal）；

SetPortVal（0x70， 9， 1）；

SetPortVal（0x71，dwPortVal ， 1）； //write new year

SetPortVal（0x70， 9， 1）；

GetPortVal（0x71， &dwPortVal， 1）； //read new year

printf（" new Year：%4x＼n"，dwPortVal）；

// When you're done using WinIo， call ShutdownWinIo

ShutdownWinIo（）；

}

else

{

printf（"Error during initialization of WinIo.＼n"）；

exit（1）；

}

printf（"＼nPress anyke to continue …"）；

_getch（）；

return 0；

}

3 结语

该文给出了一种在VC 2010下使用WinIo 3.0的简洁方法，已有的采用使用WinIo 2.0开发的应用系统，无需修改源代码，在VC 2010下重新编译后即可迁移到安全性更好的WinIo 3.0平台。在实时测控系统的开发中，使用WinIo 3.0，省去了设备驱动程序的开发环节，可以极大的缩短系统的开发周期，降低开发成本，系统的安全性和可靠性也得到了保障。

参考文献

[1] 邰铭 ，武安河，于洪涛.Windows 2000/XP WDM设备驱动程序开发[M].北京：电子工业出版社，2003.

[2] Yariv Kaplan.WinIo[DB/OL].http：//www.internals.com，2014-11-02.

[3] 孙颖.随机波浪数据采集与处理技术的研究[D].天津：天津理工大学，2014.

[4] 万振凯，郭建民.大型自动化三维编织复合材料编织机的开发[J].纺织导报，2013（9）：64-66，68.

[5] 袁军，谭永东，任俊.利用WinIo实现并口数据通信[J].计算机与现代化，2009（8）：49-53.

[6] 冯晓伟，李正生，吴宁.XP系统下CB对ISA总线的读写方法及应用研究[J].自动化与仪器仪表，2011（5）：17-19.

[7] 王元强，朱为.一种通过PCI总线配置FPGA的设计方法[J].现代电子技术，2010（2）：90-92，95.