Windows中PNP和電源特性

這一節(jié)講述一般設(shè)備的PNP和電源特性。PNP特性PNP是Plug And Play的簡稱，代表和外部設(shè)備插拔有關(guān)事件的處理。PNP是現(xiàn)代操作系統(tǒng)必須支持的基本特性，其目的是希望操作系統(tǒng)能夠在軟硬件支援下，在基本無需用戶干預(yù)的情況下，即可很好地處理外部設(shè)備的接入和移除操作；當(dāng)設(shè)備配置發(fā)生動態(tài)變更時，系統(tǒng)也能悄沒生息地處理好，并一切正常地使用它們。有些筆記本是當(dāng)成工作站來用的，這樣就需要很多外部接口。但一般的筆記本，局限于物理空間，不能夠提供過多的外部接口，會使用接口塢來擴(kuò)展。大的接口塢上通常有十幾、數(shù)十個擴(kuò)展接口，來滿足工作站的接口要求。其實，一些移動設(shè)備，如手機(jī)、平板電腦，也使用接口塢的方式實現(xiàn)擴(kuò)展，不過接口少一些。接口塢接入主機(jī)的時候，系統(tǒng)如果有PNP支援，就能夠直接使用上面的接口了，不用重啟系統(tǒng)，一般也不用手動安裝設(shè)備驅(qū)動。PNP特性，需要操作系統(tǒng)、驅(qū)動程序和硬件的三方支持。缺了某一方都不能實現(xiàn)。比如PCI設(shè)備，雖然可以在PCI驅(qū)動程序中實現(xiàn)某種程度的PNP支持，但因為設(shè)備本身的電氣化特性，是不支持PNP的，所以我們?nèi)圆荒軣岵灏蜳CI設(shè)備。另外一種情況是，如果設(shè)備驅(qū)動寫得不好，未能正確地處理PNP請求，那么即使設(shè)備本身是支持熱插拔的，也會有問題。比如現(xiàn)在很多定制的USB設(shè)備，如加密U盤、網(wǎng)銀密碼器等，如果驅(qū)動寫的不好，用戶往往會在插拔設(shè)備的時候遭遇藍(lán)屏。概括地講，為了很好地支援PNP特性，需要做到下面幾點(diǎn)：運(yùn)行時識別設(shè)備。不僅在系統(tǒng)初始化的時候，能識別并正確配置設(shè)備。在系統(tǒng)正常運(yùn)行的過程中，如果有設(shè)備動態(tài)接入，也能夠正確識別并配置設(shè)備；如果設(shè)備動態(tài)移除，也能夠正確響應(yīng)并回收系統(tǒng)資源。系統(tǒng)還需要為設(shè)備動態(tài)加載設(shè)備驅(qū)動程序。設(shè)備的驅(qū)動信息保存在注冊表中，系統(tǒng)從注冊表中查找設(shè)備的驅(qū)動信息。如果注冊表中找不到相關(guān)記錄，系統(tǒng)會嘗試自動為設(shè)備安裝驅(qū)動，否則就通過UI界面，要求用戶手動安裝驅(qū)動。動態(tài)配置設(shè)備。操作系統(tǒng)為設(shè)備動態(tài)地分配系統(tǒng)資源，設(shè)備可能需要用到的資源包括：IO地址空間、物理內(nèi)存映射、中斷、DMA等。設(shè)備驅(qū)動再根據(jù)它所動態(tài)獲取的資源來配置設(shè)備。比如一個支持硬件中斷的設(shè)備，它每次從系統(tǒng)處獲得的中斷號，都可能不同。那么設(shè)備和驅(qū)動程序，就不能假定設(shè)備的中斷號是一個固定的值。PNP接口。操作系統(tǒng)中有一個PNP管理器模塊，包含用戶和內(nèi)核兩個子模塊，所以它能夠?qū)τ脩舫绦蚝蛢?nèi)核驅(qū)動分別提供PNP支持。它們和設(shè)備驅(qū)動、用戶程序之間，有一個定義良好的接口。這個接口用來互相通知PNP事件。簡略地講，它包含三個方面：1. 當(dāng)PNP管理器檢測到PNP事件的時候，能夠把這些事件通知給設(shè)備驅(qū)動。包括設(shè)備接入、移除、異常移除等。2. 當(dāng)設(shè)備驅(qū)動需要向系統(tǒng)報告子設(shè)備的時候，能把這個信息通知給系統(tǒng)。當(dāng)用戶程序想動態(tài)移除指定設(shè)備的時候，也可能通過UI程序?qū)崿F(xiàn)，這些UI程序?qū)嶋H上是調(diào)用了系統(tǒng)提供的PNP接口來實現(xiàn)的。比如我們在移除U盤設(shè)備的時候，一般不會直接拔除，而是先通過托盤欄中的彈出設(shè)備程序移除設(shè)備，以免破壞數(shù)據(jù)。3. 驅(qū)動或用戶程序，還可以通過注冊通知函數(shù)，來接收PNP通知。比如內(nèi)核驅(qū)動可以通過調(diào)用IoRegisterPlugPlayNotification函數(shù)注冊一個通知函數(shù)，當(dāng)感興趣的目標(biāo)發(fā)生PNP事件時，PNP管理器就會調(diào)用它的通知函數(shù)，并通過參數(shù)告知它PNP事件的詳細(xì)信息。用戶程序也可以通過WM_DEVICECHANGE消息來接收設(shè)備PNP的通知。這套接口，主要由PNP管理器所提供的若干接口函數(shù)，若干類型為IRP_MJ_PNP的IRP包，及驅(qū)動程序所提供的AddDevice回調(diào)來實現(xiàn)。電源特性電源操作的目的是類似的，也是為了能夠在用戶盡量少介入的情況下，就能夠正確地配置和使用外部設(shè)備?，F(xiàn)代計算機(jī)和操作系統(tǒng)，都實現(xiàn)了多個級別的系統(tǒng)和設(shè)備電源狀態(tài)。系統(tǒng)和設(shè)備可以在這些電源狀態(tài)之間進(jìn)行切換，并達(dá)到正常情況下全力供電，空閑情況下盡量省電的目的。系統(tǒng)的電源狀態(tài)用S0-S5來標(biāo)識。S0是正常狀態(tài)，S1-S3是休眠狀態(tài)，但休眠的深度有差別，S4是睡眠狀態(tài)，S5是軟關(guān)機(jī)狀態(tài)（Soft Off，不完全等同于斷電）。除了S0和S5這兩個必須支持的狀態(tài)外，系統(tǒng)還支持哪些電源狀態(tài)，是由系統(tǒng)BIOS決定的。一般來講，計算機(jī)系統(tǒng)都會支持S3和S4這兩個狀態(tài)。否則除了開機(jī)就是關(guān)機(jī)，電腦用起來會很麻煩。設(shè)備的電源狀態(tài)用D0-D3來標(biāo)識。D0是正常狀態(tài)，D1-D2是休眠狀態(tài)，但深度有差別，D3是斷電狀態(tài)。其中D3還分Hot和Cold兩種子狀態(tài)。在D3Hot狀態(tài)下，設(shè)備的功能已喪失但仍有外部或總線供電，使得設(shè)備本身還能被系統(tǒng)檢測到。和設(shè)備相連的控制器設(shè)備認(rèn)為此設(shè)備還連接著，只要控制器上有設(shè)備連接著，控制器就要處于工作狀態(tài)。但在D3Cold狀態(tài)下，系統(tǒng)已檢測不到設(shè)備，這可能是由于設(shè)備的已經(jīng)斷電了，或者系統(tǒng)本身已經(jīng)處于休眠狀態(tài)而導(dǎo)致的。和設(shè)備連接的控制器，已經(jīng)不認(rèn)為設(shè)備和自己連著，在其它條件滿足的情況下，控制器可以進(jìn)入完全的休眠狀態(tài)。設(shè)備電源狀態(tài)，需要由設(shè)備本身和設(shè)備驅(qū)動一起來實現(xiàn)。有些設(shè)備只支持正常和斷電兩種狀態(tài)（即D0和D3），而沒有休眠的功能。那么設(shè)備驅(qū)動只需要處理D0和D3兩種狀態(tài)即可。有些設(shè)備則提供了休眠功能（即可進(jìn)入D1或D2狀態(tài)），驅(qū)動程序在這種情況下，仍然可以決定支持或不支持設(shè)備的休眠狀態(tài)。在支持的情況下，當(dāng)設(shè)備進(jìn)入休眠狀態(tài)時，驅(qū)動程序負(fù)責(zé)關(guān)閉部分硬件模塊，讓其它模塊繼續(xù)工作。系統(tǒng)中有一個電源管理器模塊，它負(fù)責(zé)系統(tǒng)范圍內(nèi)的電源策略。當(dāng)系統(tǒng)的電源狀態(tài)發(fā)生變化時，它負(fù)責(zé)把要進(jìn)行的電源操作及電源狀態(tài)，通知給每個設(shè)備棧，讓它們來處理電源變化。設(shè)備驅(qū)動需正確地處理電源事件，有很多系統(tǒng)藍(lán)屏就發(fā)生在驅(qū)動程序處理電源事件的過程中。物理設(shè)備的功能設(shè)備驅(qū)動，一般就是這個物理設(shè)備的電源策略制定者，功能設(shè)備驅(qū)動在設(shè)備初始化的時候，會把設(shè)備電源狀態(tài)映射到系統(tǒng)電源狀態(tài)，并把這個映射匯報給電源管理器。這樣電源管理器就可以根據(jù)系統(tǒng)電源狀態(tài)，發(fā)送相應(yīng)的設(shè)備電源狀態(tài)給設(shè)備驅(qū)動。這個映射體現(xiàn)在設(shè)備管理器程序中的設(shè)備屬性界面中，我們可以通過它來觀察不同設(shè)備的電源狀態(tài)映射。