開發(fā)WDM型USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序

1、開發(fā)WDM型USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序文章信息作者:李虹時(shí)間:2004-10-06出處:計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)責(zé)任編輯:方舟文章導(dǎo)讀本文介紹WDM型USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的基本概念、結(jié)構(gòu)和特性，并說明了利用Driverworks進(jìn)行開發(fā)的方法正文摘要 本文介紹WDM型USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的基本概念、結(jié)構(gòu)和特性，并說明了利用Driverworks進(jìn)行開發(fā)的方法。關(guān)鍵詞 WDM；USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序；Driverworks 導(dǎo)言通用串行總線USB是1995年康柏、微軟、IBM、DEC等公司推廣的一種新型的通信標(biāo)準(zhǔn)，該總線接口具有安裝方便、高帶寬、易于擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)，已逐漸成為現(xiàn)代數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌l(fā)展趨勢(shì)。而在開發(fā)USB設(shè)備時(shí)，設(shè)

2、備驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)是其中一項(xiàng)重要的技術(shù)環(huán)節(jié)，它直接影響整個(gè)設(shè)備系統(tǒng)的性能。Windows98及其更高版本的操作系統(tǒng)對(duì)USB總線提供了全面的支持，并且用WDM驅(qū)動(dòng)程序模型代替了VxD設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。WDM支持USB協(xié)議，并為其提供了高效的開發(fā)平臺(tái)。因此WDM已成為開發(fā)USB外設(shè)驅(qū)動(dòng)程序所必須而有效的技術(shù)。Windows驅(qū)動(dòng)程序模型（WDM）Windows環(huán)境下驅(qū)動(dòng)程序共有三類，一類是VxD（ Virtual Device Driver，虛擬設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序），起源于Windows 3.1 時(shí)代，用于Windows 95/98/Me操作系統(tǒng)中；一類是KMD（ Kernel Mode Driver，內(nèi)核模式

3、驅(qū)動(dòng)程序），用于Windows NT下；還有一類就是WDM（Win32 Driver Mode，Win32驅(qū)動(dòng)程序模型），是微軟從Windows 98開始，推出的一個(gè)新的驅(qū)動(dòng)類型，它是一個(gè)跨平臺(tái)的驅(qū)動(dòng)程序模型，不僅如此WDM驅(qū)動(dòng)程序還可以在不修改源代碼的情況下經(jīng)過重新編譯后在非Intel平臺(tái)上運(yùn)行，毫不夸張地講，WDM算得上是21世紀(jì)的驅(qū)動(dòng)程序框架。WDM是在NT4.0驅(qū)動(dòng)程序結(jié)構(gòu)上發(fā)展起來的，所以它與NT4.0的驅(qū)動(dòng)程序極為相似，但是它卻有了本質(zhì)上的提高，增加了對(duì)即插即用(PnP)、高級(jí)電源管理(PowerManagement)、Windows管理接口(WMl)的支持。更重要的是，WDM是一

4、種通用的驅(qū)動(dòng)模式，提供了包括USB、IEEEl394和HID等在內(nèi)的一系列驅(qū)動(dòng)程序類。1、WDM驅(qū)動(dòng)程序的分層結(jié)構(gòu)WDM體系結(jié)構(gòu)實(shí)行分層處理，即設(shè)備驅(qū)動(dòng)被分成了若干層，典型地分成：高層驅(qū)動(dòng)程序、中間層驅(qū)動(dòng)程序、底層驅(qū)動(dòng)程序。每層驅(qū)動(dòng)再把I/O請(qǐng)求劃分成更簡(jiǎn)單的請(qǐng)求，以傳給更下層的驅(qū)動(dòng)執(zhí)行。最底層的驅(qū)動(dòng)程序在收到IO請(qǐng)求后，通過硬件抽象層，與硬件發(fā)生作用，從而完成IO請(qǐng)求工作。在這樣的架構(gòu)下，上面的驅(qū)動(dòng)層就不需要對(duì)每個(gè)操作系統(tǒng)都要開發(fā)一遍了。如圖1所示 WDM還引入了功能設(shè)備對(duì)象FDO（Functional Device Object）與物理設(shè)備對(duì)象PDO（Physical Devic

5、e Object）兩個(gè)新類來描述硬件，一個(gè)PDO對(duì)應(yīng)一個(gè)真實(shí)硬件。一個(gè)硬件只允許有一個(gè)PDO，但卻可以擁有多個(gè)FDO，而在驅(qū)動(dòng)程序中我們不是直接操作硬件而是操作相應(yīng)的PDO與FDO。驅(qū)動(dòng)程序和設(shè)備對(duì)象的分層情況如圖2所示。 其中總線驅(qū)動(dòng)程序（Bus Driver）位于最底層，控制對(duì)總線上所有設(shè)備的訪問，創(chuàng)建PDO代表發(fā)現(xiàn)的設(shè)備。功能驅(qū)動(dòng)程序（Function Driver）控制設(shè)備的主要功能，分層在總線驅(qū)動(dòng)的上面，負(fù)責(zé)創(chuàng)建FDO。在USB情況下，功能驅(qū)動(dòng)程序必須使用USB類驅(qū)動(dòng)程序訪問設(shè)備。2、USB驅(qū)動(dòng)程序的WDM結(jié)構(gòu)USB驅(qū)動(dòng)程序的構(gòu)成層次如圖3所示。其中USB客戶驅(qū)動(dòng)程序通過W

6、indows系統(tǒng)提供的USB類驅(qū)動(dòng)程序接口（USBDI）與下層驅(qū)動(dòng)程序通信。 在USB設(shè)備可用之前，必須對(duì)其進(jìn)行配置和接口選擇，然后所選擇的接口的各個(gè)管道才是可用的。在USBDI的基礎(chǔ)上進(jìn)行編程將大大簡(jiǎn)化，用戶不用關(guān)心IRP的類型，而只需要在相應(yīng)的分發(fā)例程中通過構(gòu)造USB塊并將其通過USBDI發(fā)送下去就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)USB設(shè)備的控制了。設(shè)備的訪問WDM不是通過驅(qū)動(dòng)程序名稱，而是通過一個(gè)128位的全局惟一標(biāo)識(shí)符（GUID）實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)程序的識(shí)別。在應(yīng)用程序與WDM驅(qū)動(dòng)程序通信方面系統(tǒng)為每一個(gè)用戶請(qǐng)求打包形成一個(gè)I/O請(qǐng)求包（IRP）結(jié)構(gòu)，將其發(fā)送至驅(qū)動(dòng)程序，并通過識(shí)別IRP中PDO來區(qū)別是發(fā)送

7、給哪一個(gè)設(shè)備的。內(nèi)核通常通過發(fā)送IRP來運(yùn)行驅(qū)動(dòng)程序中的代碼。WDM驅(qū)動(dòng)程序有一個(gè)主要的初始化入口點(diǎn)，即一個(gè)必須稱為DriverEntry的例程。它有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的函數(shù)原型。當(dāng)WDM驅(qū)動(dòng)程序被裝入時(shí)，內(nèi)核調(diào)用DriverEntry例程。驅(qū)動(dòng)程序的DriverEntry例程必須設(shè)置一系列的回調(diào)例程來處理IRP。每個(gè)回調(diào)例程有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的函數(shù)原型。內(nèi)核會(huì)在合適的環(huán)境下調(diào)用這個(gè)例程。大多數(shù)的WDM設(shè)備對(duì)象都是在即插即用管理器調(diào)用AddDevice例程入口點(diǎn)時(shí)被創(chuàng)建的。插入新設(shè)備后，當(dāng)系統(tǒng)找到由安裝信息文件所批示的驅(qū)動(dòng)程序時(shí)，這個(gè)例程被調(diào)用。在此之后，一系列即插即用IRP被發(fā)送到驅(qū)動(dòng)程序，設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序可進(jìn)行

8、相應(yīng)的功能處理。USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)工具開發(fā)USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序需要專門的開發(fā)工具，目前應(yīng)用廣泛的工具主要有兩大類。一類是Microsoft公司提供的Windows DDK(Device Driver Kit)。它有Windows 98 DDK和Windows 2000 DDK兩個(gè)版本。Windows 98 DDK能夠開發(fā)Windows 95/98/Me/NT下的VxD、KMD和WDM驅(qū)動(dòng)程序。Windows 2000 DDK 能夠開發(fā)Windows 98/Me/NT/2000下的KMD和WDM驅(qū)動(dòng)程序。由于DDK基于匯編語言的編程方式和內(nèi)核模式的調(diào)用，對(duì)沒有深厚的OS原理和編程水平的人員來說

9、，任務(wù)相當(dāng)艱巨。另一類是NuMega公司提供的DriverStudio，它是一個(gè)大的開發(fā)工具包，包含VtoolsD、SoftICE和DriverWorks等開發(fā)工具。 VtoolsD開發(fā)包提供了對(duì)VxD編程的C/C+類庫支持，利用VtoolsD中的QuickVxD工具可以快速生成VxD的C/C+代碼框架，開發(fā)者可以在此基礎(chǔ)上根據(jù)各自的需要添加自己的代碼。DriverWorks用于開發(fā)KMD和WDM驅(qū)動(dòng)程序，并且對(duì)DDK函數(shù)進(jìn)行了類的封裝，從而為開發(fā)Windows NT、Windows 2000和Widnwos98 WDM設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序提供了一個(gè)自動(dòng)化的方法。DriverWorks，提供了VC+下

10、的開發(fā)向?qū)river Wizard，按照它的提示可以迅速地生成驅(qū)動(dòng)程序的框架。這個(gè)框架結(jié)構(gòu)提供可以正確執(zhí)行WDM動(dòng)態(tài)環(huán)境中IRP的請(qǐng)求，而且，也包含用于簡(jiǎn)化系統(tǒng)提供的標(biāo)準(zhǔn)類驅(qū)動(dòng)程序（如HID、流）和總線驅(qū)動(dòng)程序（如PCI和USB）接口的類等?？傊肈riverWorks開發(fā)WDM驅(qū)動(dòng)程序，可以大大簡(jiǎn)化開發(fā)人員的工作量、縮短開發(fā)周期以及降低開發(fā)驅(qū)動(dòng)程序的難度。用DriverWorks開發(fā)WDM型USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序要想使用DriverWorks，必須先安裝以下軟件：DriverStudio2.5，VisualStudio6.0，以及Windows2000DDK。由于DriverWorks所用

11、的類庫是對(duì)DDK的庫函數(shù)的封裝，還必須在Visual C+中編譯需要的庫文件3，下面介紹怎樣在VC環(huán)境中創(chuàng)建自己的庫文件。(1) 啟動(dòng)Visual C+。 (2) 選擇菜單FileOpen Workspace。打開位于DriverStudioDriverWorksSourcevdwlibs.dsw的工作空間文件。(3) 選擇菜單BuildBatch Build，在彈出的對(duì)話框架中選擇你想編譯的庫。(4) 點(diǎn)擊對(duì)話框中的Build即可編譯你選擇的庫。下面就通過一個(gè)例子來說明利用DriverWorks開發(fā)USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的方法。這個(gè)USB設(shè)備有3個(gè)雙向端點(diǎn)，每個(gè)端點(diǎn)的配置如下：端點(diǎn)類型地址 緩沖

12、區(qū)（字節(jié)）0 IN/OUT控制（Control）0x80/0x00 16/161 IN/OUT塊(Bulk)0x81/0x01 16/162 IN/OUT 塊(Bulk)0x82/0x02 64/64驅(qū)動(dòng)程序需要實(shí)現(xiàn)的功能就是控制設(shè)備上的LED燈的亮和滅，以及通過端點(diǎn)2對(duì)設(shè)備進(jìn)行讀寫。（1） 首先，通過快捷方式“Setup DDK and Start MSVC”來啟動(dòng)VC IDE。這個(gè)快捷方式所指向的程序，會(huì)進(jìn)行一些必要的設(shè)置，然后再啟動(dòng)VC IDE，這樣我們的程序就可以使用DDK和DW的頭文件和庫了。（2） 從VC IDE的菜單“DriverStudio”中選擇“DriverWizard”，

13、之后按對(duì)話框的提示填寫項(xiàng)目名稱及所在目錄。并按向?qū)нx擇驅(qū)動(dòng)程序類型為WDM，總線類型為USB。（3） 按端點(diǎn)的配置表進(jìn)行端點(diǎn)的設(shè)置。由于在USB中規(guī)定端點(diǎn)0是必須存在的，所以我們只需對(duì)端點(diǎn)1和端點(diǎn)2進(jìn)行定義即可。（4） 選擇端點(diǎn)2產(chǎn)生BULK Read及BULK Write 的代碼，DriverWorks會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生對(duì)端點(diǎn)2的讀寫代碼，不用修改，就可以直接使用。（5） 增加一個(gè)IOCTL來控制USB設(shè)備的LED燈。IOCTL代碼名稱取為TEST_IOCTL_LED，其他值默認(rèn)。（6） 最后按下“ Finish”按鈕，就結(jié)束了Wizard。在此過程中只針對(duì)需要修改的步驟進(jìn)行了說明，未加說明的部分均

14、可直接按“Next”按鈕。到此，我們已經(jīng)創(chuàng)建好了一個(gè)基本的驅(qū)動(dòng)程序，其中的塊讀寫代碼都由DriverWorks自動(dòng)生成，無需另外加代碼，只有廠商請(qǐng)求通過Ioctl來進(jìn)行，控制LED燈的亮滅。代碼如下：NTSTATUS TESTDevice:TEST_IOCTL_LED_Handler(KIrp I)NTSTATUS status = STATUS_SUCCESS;t << "Entering TESTDevice:TEST_IOCTL_LED_Handler, " << I << EOL;/ TODO: Verify that the i

15、nput parameters are correct/ If not, return STATUS_INVALID_PARAMETERif(I.IoctlOutputBufferSize()|!I.IoctlBuffer()|(I.IoctlInputBufferSizer()!=sizeof(UCHAR)/ TODO: Handle the the TEST_IOCTL_LED request, or / defer the processing of the IRP (i.e. by queuing) and set/ status to STATUS_PENDING.PURB pUrb

16、=m_Lower.BuildVendorRequest(NULL,/transfer buffer0, /transfer buffer size0, /request reserved bits(UCHAR)(*PUCHAR)I.IoctlBuffer(), /request. 1=LED_ON, 0=LED_OFF0 / Value);/transmitstatus=m_Lower.SubmitUrb(pUrb,NULL,Null,5000L);/ TODO: Assuming that the request was handled here. Set I.Information/ to indicate how much data to copy back to the user.I.Information() = 0;I.Status()=status;return status;這個(gè)函數(shù)控制LED燈，它是通過USB Vendor Request來向設(shè)備傳送的。其中request1的時(shí)候表示讓L ED亮，request0的時(shí)候讓LED來。它通過DeviceIoControl由上層應(yīng)用程序傳下來。現(xiàn)在，驅(qū)動(dòng)程序完成了，為確保最后生成的USB驅(qū)動(dòng)程序能編譯成功