34、I/O端口操作

    I/O端口操作在Windows操作系统中属于特权命令，必须在内核模式下运行。在DOS中，I/O端口操作主要通过IN/OUT指令来进行。 

一、I/O端口操作实现 

1、DDK实现I/O端口操作

READ_PORT_UCHAR

The READ_PORT_UCHAR macro reads a byte from the specified port address。

http://msdn.microsoft.com/en-us/library/ff560797%28VS.85%29.aspx

2、工具软件WinIO

第三方库。5个文件。

WinIO.dll 封装了驱动程序调用函数。

WinIO.lib 用来与应用程序链接编译。

WinIO.h 提供了封装函数的声明。

使用时必须把WinIO.sys和应用程序放在同一个目录。

WinIO.VXD与95，98等相关。 

#include <Windows.h>
#include <stdio.h>

#include ".\winiolib\WinIo.h"

int main()
{
    //打开WinIO驱动
    bool bRet = InitializeWinIo();
    if (bRet)
    {
        printf("Load Dirver successfully!\n");

        //对0x378端口进行输出操作,8位操作
        SetPortVal(0x378,0,1);

        //关闭WinIO驱动
        ShutdownWinIo();
    }

    
    return 0;
}

示例代码 P391

3、端口操作实现

法一：利用DDK提供的6个端口操作函数

 

// IOCTLS.H -- IOCTL code definitions for fileio driver
// Copyright (C) 1999 by Walter Oney
// All rights reserved

#ifndef IOCTLS_H
#define IOCTLS_H

#ifndef CTL_CODE
    #pragma message("CTL_CODE undefined. Include winioctl.h or wdm.h")
#endif

#define READ_PORT CTL_CODE(\
            FILE_DEVICE_UNKNOWN, \
            0x800, \
            METHOD_BUFFERED, \
            FILE_ANY_ACCESS)

#define WRITE_PORT CTL_CODE(\
            FILE_DEVICE_UNKNOWN, \
            0x801, \
            METHOD_BUFFERED, \
            FILE_ANY_ACCESS)


#endif

//.h
typedef struct _DEVICE_EXTENSION {
    PDEVICE_OBJECT pDevice;
    UNICODE_STRING ustrDeviceName;    //设备名称
    UNICODE_STRING ustrSymLinkName;    //符号链接名

    PUCHAR buffer;//缓冲区
    ULONG file_length;//模拟的文件长度，必须小于MAX_FILE_LENGTH
} DEVICE_EXTENSION, *PDEVICE_EXTENSION;

// function.cpp
#include <windows.h>
#include <stdio.h>

#include "function.h"

// DWORD ReadPort(HANDLE hDevice,DWORD port)
// {
//     DWORD dwOutput;
//     DWORD dwRead;
//     DeviceIoControl(hDevice, IOCTL_READ_PORT_ULONG, &port, 4, &dwOutput, 4, &dwRead, NULL);
//     return dwOutput;
// }
// VOID WritePort(HANDLE hDevice,DWORD port,DWORD value)
// {
//     PVOID buffer[2];
//     buffer[0] = (PVOID)port;
//     buffer[1] = (PVOID)value;
//     DWORD dwWrite;
//     DeviceIoControl(hDevice, IOCTL_WRITE_PORT_ULONG, &port, 8, NULL, 0, &dwWrite, NULL);
// }
// VOID TestDriver(HANDLE hDevice)
// {
//     DWORD dwOutput;
//     DeviceIoControl(hDevice, IOCTL_TEST, NULL, 0, NULL, 0, &dwOutput, NULL);
// }

//driver.cpp
#pragma PAGEDCODE
NTSTATUS HelloDDKDeviceIOControl(IN PDEVICE_OBJECT pDevObj,
                                 IN PIRP pIrp)
{
    NTSTATUS status = STATUS_SUCCESS;
    KdPrint(("Enter HelloDDKDeviceIOControl\n"));

    //得到当前堆栈
    PIO_STACK_LOCATION stack = IoGetCurrentIrpStackLocation(pIrp);
    //得到输入缓冲区大小
    ULONG cbin = stack->Parameters.DeviceIoControl.InputBufferLength;
    //得到输出缓冲区大小
    ULONG cbout = stack->Parameters.DeviceIoControl.OutputBufferLength;
    //得到IOCTL码
    ULONG code = stack->Parameters.DeviceIoControl.IoControlCode;

    ULONG info = 0;

    switch (code)
    {                        // process request
        case READ_PORT:
        {
            KdPrint(("READ_PORT\n"));
            //缓冲区方式IOCTL
            //显示输入缓冲区数据
             PULONG InputBuffer = (PULONG)pIrp->AssociatedIrp.SystemBuffer;
            ULONG port = (ULONG)(*InputBuffer);
            InputBuffer++;
            UCHAR method = (UCHAR)(*InputBuffer);

            //操作输出缓冲区
            PULONG OutputBuffer = (PULONG)pIrp->AssociatedIrp.SystemBuffer;

            if (method==1)//8位操作
            {
                *OutputBuffer = READ_PORT_UCHAR((PUCHAR)port);
            }else if(method==2)//16位操作
            {
                *OutputBuffer = READ_PORT_USHORT((PUSHORT)port);
            }else if(method==4)//32位操作
            {
                *OutputBuffer = READ_PORT_ULONG((PULONG)port);
            }

            //设置实际操作输出缓冲区长度
             info = 4;

            break;
        }
        case WRITE_PORT:
        {
            KdPrint(("WRITE_PORT\n"));
            //缓冲区方式IOCTL
            //显示输入缓冲区数据
             PULONG InputBuffer = (PULONG)pIrp->AssociatedIrp.SystemBuffer;
            ULONG port = (ULONG)(*InputBuffer);
            InputBuffer++;
            UCHAR method = (UCHAR)(*InputBuffer);
            InputBuffer++;
            ULONG value = (ULONG)(*InputBuffer);

            //操作输出缓冲区
            PULONG OutputBuffer = (PULONG)pIrp->AssociatedIrp.SystemBuffer;

            if (method==1)//8位操作
            {
                WRITE_PORT_UCHAR((PUCHAR)port,(UCHAR)value);
            }else if(method==2)//16位操作
            {
                WRITE_PORT_USHORT((PUSHORT)port,(USHORT)value);
            }else if(method==4)//32位操作
            {
                WRITE_PORT_ULONG((PULONG)port,(ULONG)value);
            }

            //设置实际操作输出缓冲区长度
             info = 0;
            break;
        }


        default:
            status = STATUS_INVALID_VARIANT;
    }

    // 完成IRP
    pIrp->IoStatus.Status = status;
    pIrp->IoStatus.Information = info;    // bytes xfered
    IoCompleteRequest( pIrp, IO_NO_INCREMENT );

    KdPrint(("Leave HelloDDKDeviceIOControl\n"));

    return status;
}

//main.cpp
#include <windows.h>
#include <stdio.h>
//使用CTL_CODE必须加入winioctl.h
#include <winioctl.h>
#include "..\NT_Driver\Ioctls.h"

int main()
{
    HANDLE hDevice = 
        CreateFile("\\\\.\\HelloDDK",
                    GENERIC_READ | GENERIC_WRITE,
                    0,        // share mode none
                    NULL,    // no security
                    OPEN_EXISTING,
                    FILE_ATTRIBUTE_NORMAL,
                    NULL );        // no template

    if (hDevice == INVALID_HANDLE_VALUE)
    {
        printf("Failed to obtain file handle to device: "
            "%s with Win32 error code: %d\n",
            "MyWDMDevice", GetLastError() );
        return 1;
    }

    DWORD dwOutput ;
    DWORD inputBuffer[3] =
    {
        0x378,//对0x378进行操作
        1,//1代表8位操作，2代表16位操作，4代表32位操作
        0//输出字节0
    };

    //类似于Out_8((PUCHAR)0x378,0);
    DeviceIoControl(hDevice, WRITE_PORT, inputBuffer, sizeof(inputBuffer), NULL, 0, &dwOutput, NULL);

    CloseHandle(hDevice);

    return 0;
}

示例代码 P394

[1] 中还提供了一些其它方法

提升用户模式的方法是将应用程序的一个函数指针传递给驱动程序，在驱动程序接收到这个函数指针后，在内核模式下执行此函数。

I/O 允许位图设置可以让不具备足够权限的程序存取I/O端口。I/O允许位图设置是利用一个位代表每个I/O地址。

每个PC系统至少包含一个8253可编程时钟或等价芯片，这个时钟包含三个独立的16位时钟。时钟0用于基本系统时钟，时钟1用于PC系统上的DRAM刷新，时钟2用于一般的应用程序，如扬声器音调控制。

并口设备的操作

操作PC上的并口设备，主要也是设置和读取并口设备对应的I/O端口。数据、状态、控制寄存器。进一步的介绍可以参见[1]。

参考：

[1] Windows 驱动程序开发技术详解，张帆