山本ワールド
IOポートを操作するデバイスドライバ(64bit)を作成しBEEP音を制御する
概要
IOポートの操作する命令は特権命令なのでカーネルモードでしか動作しません。
IOポートを操作する64bitデバイスドライバ(beeptest64.sys)を作成し、別のプログラム(beeptestctl.exe)からデバイスドライバを制御しBEEP音(屋台のラーメン屋でおなじみのチャルメラ音)を発生させます。
BEEP音はヘッドホンを使用してもパソコンのスピーカーから音が出る機種がありますので、テストする環境には気を付けてください。
IOポートを操作するには、コンパイラの内部関数またはアセンブラを使用する必要があります。WDK7ではコンパイラの内部関数が使えず、64bitではインラインアセンブラが使えないのでアセンブラ部分をio64.asmに格納しています。
使用するには、まずデバイスドライバをインストールし、その後beeptestctl.exeを実行します。
64bitのデバイスドライバはWindowsを通常に起動した場合、証明機関の証明書で署名していない場合は、インストールできません。
詳細は、本文で触れていますが、証明機関（有料）の証明書を使用しない場合、ブート時にドライバー署名の強制を無効にするかテストモードで起動する必要があります。
チャルメラの楽譜を以下に示します。
なお、純粋にビープ音を発生させるのが目的であれば、Beep APIを使用すれば簡単に済みます。
本ページは、IOポート操作の例として標準的なIOであり動作確認が容易なビープ音を選択しました。
Windows 7等のBeep APIでは、本ページの様にタイマーICを操作するのではなく、サウンドカードによってビープ音を発生させるように変更されています。（音量調整ができる）
IOポートを操作する64bitデバイスドライバ(beeptest64.sys)を作成し、別のプログラム(beeptestctl.exe)からデバイスドライバを制御しBEEP音(屋台のラーメン屋でおなじみのチャルメラ音)を発生させます。
BEEP音はヘッドホンを使用してもパソコンのスピーカーから音が出る機種がありますので、テストする環境には気を付けてください。
IOポートを操作するには、コンパイラの内部関数またはアセンブラを使用する必要があります。WDK7ではコンパイラの内部関数が使えず、64bitではインラインアセンブラが使えないのでアセンブラ部分をio64.asmに格納しています。
使用するには、まずデバイスドライバをインストールし、その後beeptestctl.exeを実行します。
64bitのデバイスドライバはWindowsを通常に起動した場合、証明機関の証明書で署名していない場合は、インストールできません。
詳細は、本文で触れていますが、証明機関（有料）の証明書を使用しない場合、ブート時にドライバー署名の強制を無効にするかテストモードで起動する必要があります。
チャルメラの楽譜を以下に示します。
なお、純粋にビープ音を発生させるのが目的であれば、Beep APIを使用すれば簡単に済みます。
本ページは、IOポート操作の例として標準的なIOであり動作確認が容易なビープ音を選択しました。
Windows 7等のBeep APIでは、本ページの様にタイマーICを操作するのではなく、サウンドカードによってビープ音を発生させるように変更されています。（音量調整ができる）
テスト環境
ドライバソースファイル等のフォルダー構成
ドライバ開発環境の構築とビルドの方法
デバイスドライバの開発にWDK7を使用します。以下のサイトよりWDK 7.1.0をダウンロードし、インストールします。
Windows Driver Kit (WDK)https://msdn.microsoft.com/ja-jp/library/windows/hardware/ff557573(v=vs.85).aspx
WDK7にはコンパイラも含まれています。(Visual C++ 2008の英語版相当)ただし、コマンドラインでしか使用できません。
文法チェックやインテリセンス機能を使用したいので、Visual Studioでソースコードの編集を行いWDK7でデバイスドライバを開発することとします。
ここではd:¥ドライブにbeeptest64プロジェクトを作成しました。
プロジェクトのプロパティを表示し、インクルードの検索パスにDDKのインクルードファイルが格納されているフォルダー名を指定します。(ディフォルトではC:¥WinDDK¥7600.16385.1¥inc¥ddk)
これによりVisual Studioのエディタ上で関数名の色が変わったり、インテリセンスが使えるようになり便利です。
makefileとsourcesファイルには拡張子はついていないので注意してください。
SOURCESでソースファイル名を指定します。複数のソースファイルがある場合はスペースで区切ります。
メニューで選択するOSは開発しているパソコンのOSではなく、ドライバを実行するOSです。XPを選択すればXP,Vista,7で使用可能です。
コマンドプロンプトのウィンドウが開くので、CDコマンドを使用してソースファイルが存在するフォルダーに移動します。
buildコマンドでコンパイルできます。
署名を回避する方法については、署名がないドライバをインストールする方法を参照してください。
ドライバのインストールは、ドライバのインストール/アンインストールするプログラムを参照指定ください。
Windows Driver Kit (WDK)https://msdn.microsoft.com/ja-jp/library/windows/hardware/ff557573(v=vs.85).aspx
WDK7にはコンパイラも含まれています。(Visual C++ 2008の英語版相当)ただし、コマンドラインでしか使用できません。
文法チェックやインテリセンス機能を使用したいので、Visual Studioでソースコードの編集を行いWDK7でデバイスドライバを開発することとします。
Visual Studio C++でプロジェクトを作成
Visual Studioで新規プロジェクトを作成を開始し、テンプレートはメイクファイルプロジェクトを選択し後は適当に操作して完了させます。ここではd:¥ドライブにbeeptest64プロジェクトを作成しました。
プロジェクトのプロパティを表示し、インクルードの検索パスにDDKのインクルードファイルが格納されているフォルダー名を指定します。(ディフォルトではC:¥WinDDK¥7600.16385.1¥inc¥ddk)
これによりVisual Studioのエディタ上で関数名の色が変わったり、インテリセンスが使えるようになり便利です。
makefileとsourcesファイルの作成
上記のファイルを作成します。保存先は、d:¥beeptest64¥beeptest64フォルダとします。本プログラムに必要なファイルは本ページの最後のダウンロードのリンク先に含まれています。makefileとsourcesファイルには拡張子はついていないので注意してください。
makefile
!INCLUDE $(NTMAKEENV)¥makefile.def
sources
TARGETNAMEで作成するデバイスドライバのファイル名を指定します。本例ではbeeptest64.sysとなります。SOURCESでソースファイル名を指定します。複数のソースファイルがある場合はスペースで区切ります。
TARGETNAME=beeptest64 TARGETTYPE=DRIVER TARGETPATH=obj SOURCES=beeptest64.cpp AMD64_SOURCES=io64.asm
WDK7によるデバイスドライバの作成
スタートメニューからWindows Driver Kits・WDK 7600.16385.1・Build Environments・Windows 7¥x64 Free Build Environmentを実行します。メニューで選択するOSは開発しているパソコンのOSではなく、ドライバを実行するOSです。XPを選択すればXP,Vista,7で使用可能です。
コマンドプロンプトのウィンドウが開くので、CDコマンドを使用してソースファイルが存在するフォルダーに移動します。
buildコマンドでコンパイルできます。
cd d:¥beeptest64¥beeptest64 buildデバイスドライバは、d:¥beeptest64¥beeptest64¥objfre_win7_amd64¥amd64 に作成されます。
デバイスドライバのインストール
署名のない64bitドライバは、Windowsを普通に起動するとインストールできません。署名を回避する方法については、署名がないドライバをインストールする方法を参照してください。
ドライバのインストールは、ドライバのインストール/アンインストールするプログラムを参照指定ください。
ドライバ ソースの概要
ドライバ(beeptest64.sys) ソースコード
制御ソフト ソースの概要
beeptestctl.cpp
WinMain関数
最初に呼び出される関数です。CreateFile関数によりデバイスドライバをオープンします。
デバイスドライバが見つからない場合は、エラーメッセージを出力しプログラムを終了します。
周波数と音の長さを指定して、TestBeep 関数を呼び出しビープ音を発生させます。
CloseHandle関数を呼び出してデバイスドライバをクローズします。
オクターブ4の各音階の周波数は以下のとおりです。
オクターブを1つ上げる場合は周波数を倍に、下げる場合は、周波数を半分にします。
| 音階 | ラ | ラ＃ | シ | ド | ド＃ | レ | レ＃ | ミ | ﾌｧ | ﾌｧ＃ | ソ | ソ＃ | ラ |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 周波数(Hz) | 220 | 233 | 247 | 262 | 277 | 293 | 311 | 330 | 349 | 370 | 392 | 415 | 440 |
TestBeep関数
第1引数が周波数、第2引数がビープ音の発生時間です。時間の単位は千分の1秒です。DeviceIoControl経由でデバイスドライバのDeviceControlFunction関数を呼び出し、ビープ音のスタートさせSleep関数で待機させた後、ビープ音を止めます。 1オクターブの中に12個の音階がありますが、以下の式の様に等倍となっています。
上式はオクターブ4を示している。Nは0～11で音階を示している。
#include <windows.h>
#include <tchar.h>
#define IOCTL_BEEP_CODE 0x800
void TestBeep(HANDLE h, int f, int w){
DWORD dwReturn;
DWORD buf[2];
buf[0] = 1193180 / f;
buf[1] = 0xffffffff;
DeviceIoControl(h, IOCTL_BEEP_CODE, buf, sizeof(buf),
buf, sizeof(buf), &dwReturn, NULL);
Sleep(w);
buf[1] = 0;
DeviceIoControl(h, IOCTL_BEEP_CODE, buf, sizeof(buf),
buf, sizeof(buf), &dwReturn, NULL);
}
int WINAPI WinMain(HINSTANCE hCurInst, HINSTANCE hPrevInst, LPSTR lpsCmdLine, int nCmdShow){
HANDLE hFile;
hFile = CreateFile(_TEXT("¥¥¥¥.¥¥beeptest"),
GENERIC_READ | GENERIC_WRITE, 0, NULL, OPEN_EXISTING, 0, NULL);
if (hFile == INVALID_HANDLE_VALUE){
MessageBox(0,_TEXT("CreateFileが失敗しました"),_TEXT("エラー"),MB_OK);
return 1;
}
// チャルメラ
TestBeep(hFile, 440, 143); // ラ
TestBeep(hFile, 494, 143); // シ
TestBeep(hFile, 277 * 2, 286 * 2); // ド#
TestBeep(hFile, 494, 143); // シ
TestBeep(hFile, 440, 143); // ラ
Sleep(286 * 4);
TestBeep(hFile, 440, 143 ); // ラ
TestBeep(hFile, 494, 143 ); // シ
TestBeep(hFile, 277 * 2, 143 ); // ド#
TestBeep(hFile, 494, 143 ); // シ
TestBeep(hFile, 440, 143); // ラ
TestBeep(hFile, 494, 246); // シ
CloseHandle(hFile);
return 0;
}