USB接口通信驅(qū)動的設(shè)計與實現(xiàn)

引言WDM是“Windows驅(qū)動程序模型”的簡稱，即“WindowsDriverModel”。實際上它是一系列集成在操作系統(tǒng)之中的常規(guī)系統(tǒng)服務(wù)集，用于簡化硬件驅(qū)動程序的編寫，并保證它們在Windows98/Me/2000中的二進制兼容，WDM（WindowsDriverModel）模型是從WinNT3.51和WinNT4的內(nèi)核模式設(shè)備驅(qū)動程序發(fā)展而來的。WDM主要的變化是增加了對即插即用、電源管理、WindowsManagementInterface(WMI)、設(shè)備接口的支持。WDM模型的主要目標，是實現(xiàn)能夠跨平臺使用、更安全、更靈活、編制更簡單的Windows設(shè)備驅(qū)動程序。WDM采用了“基于對象”的技術(shù)，建立了一個分層的驅(qū)動程序結(jié)構(gòu)。WDM首先在Windows98中實現(xiàn)，在Windows2000中得到了進一步的完善，并在后續(xù)開發(fā)的Windows操作系統(tǒng)中都將存在，比如WindowsMe和WindowsXP。微軟在通過WDM模型的引入，希望減輕設(shè)備驅(qū)動程序的開發(fā)難度和周期，逐漸規(guī)范設(shè)備驅(qū)動程序的開發(fā)，應(yīng)該說，WDM將成為以后設(shè)備驅(qū)動程序的主流。USB技術(shù)的全稱是通用串行總線，是英文UniversalSerialBus的縮寫。它是一種應(yīng)用在PC領(lǐng)域的新型接口技術(shù)，雖然USB2.0已經(jīng)被廣泛應(yīng)用，但是初始的Windows2000是支持USB1.0協(xié)議的，如果希望支持USB2.0協(xié)議，需要在微軟網(wǎng)站上下載升級包。實際上，對于鍵盤或者鼠標來說，傳輸?shù)乃俣确浅Ｐ?，使用USB1.0或者是USB2.0的區(qū)別并不大。閃存盤之類的存儲設(shè)備，則需要重視傳輸速度。USB1.0版本主要應(yīng)用在鼠標，鍵盤等HID設(shè)備上，這就是本驅(qū)動程序中引用的頭文件版本是USB1.0的原因。本畢業(yè)設(shè)計的目的是希望對Windows2000操作系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)和驅(qū)動程序開發(fā)以及調(diào)試等方面的問題有一個比較深入的了解，對USB協(xié)議和USB體系有做一個比較深入的了解。并開發(fā)出一個USB鍵盤驅(qū)動。這個USB鍵盤驅(qū)動程序應(yīng)當(dāng)可以替代系統(tǒng)原有的鍵盤驅(qū)動程序，并可以正常工作。本論文設(shè)計的驅(qū)動程序在Windows2000下運行，開發(fā)環(huán)境為VC6.0和DDK2000。1WDM驅(qū)動程序模型概述驅(qū)動程序在任何操作系統(tǒng)下都和系統(tǒng)內(nèi)核有著密切的關(guān)系。設(shè)備驅(qū)動程序是一個包含了許多操作系統(tǒng)可調(diào)用例程的容器，這句WalterOney曾說過的話，抽象的描述了設(shè)備驅(qū)動程序的本質(zhì)。1.1Windows2000概述圖1－1中概括了Windows200系統(tǒng)中的組件，Windows2000操作系統(tǒng)是由不同層次的模塊共同組成的。該圖著重描述了驅(qū)動程序開發(fā)者所關(guān)心的特征。工作在Windows2000操作系統(tǒng)平臺上的軟件要么執(zhí)行在用戶模式中，要么執(zhí)行在內(nèi)核模式中。當(dāng)用戶模式程序需要讀取設(shè)備數(shù)據(jù)時，就調(diào)用Win32API函數(shù)，如ReadFile.Win32子系統(tǒng)模塊通過調(diào)用平臺相關(guān)的系統(tǒng)服務(wù)接口實現(xiàn)API，而平臺相關(guān)的系統(tǒng)服務(wù)將調(diào)用內(nèi)核模式支持例程。在ReadFile調(diào)用中，調(diào)用首先到達系統(tǒng)DLL(NTDLL.DLL)中的一個入口點，NtReadFile函數(shù)。然后這個用戶模式的NtReadFile函數(shù)接著調(diào)用系統(tǒng)服務(wù)接口，最后由系統(tǒng)服務(wù)接口調(diào)用內(nèi)核模式中的服務(wù)例程，該例程同樣名為NtReadFile。應(yīng)用程序應(yīng)用程序Win32子系統(tǒng)設(shè)備驅(qū)動硬件抽象層硬件用戶模式內(nèi)核模式Win32API調(diào)用系統(tǒng)服務(wù)接口傳遞IRP給驅(qū)動程序派遣函數(shù)HAL調(diào)用平臺相關(guān)操作圖1－1Windows組件模型系統(tǒng)中還有許多與NtReadFile相似的服務(wù)例程;它們同樣運行在內(nèi)核模式中，為應(yīng)用程序請求提供服務(wù)，并以某種方式與設(shè)備交互。這些服務(wù)例程首先檢查從用戶態(tài)傳遞給它們的參數(shù)以保護系統(tǒng)安全或防止用戶態(tài)程序非法存取數(shù)據(jù)，然后創(chuàng)建一個稱為“I/0請求包(IRP)”的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并把這個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)送到某個驅(qū)動程序的入口點。驅(qū)動程序完成一個I/0操作后，通過調(diào)用一個特殊的內(nèi)核模式服務(wù)例程來完成該IRP。完成操作是處理IRP的最后動作，它使等待的應(yīng)用程序恢復(fù)運行。1.2Windows2000中的驅(qū)動程序類型虛擬設(shè)備虛擬設(shè)備驅(qū)動程序（VDD）內(nèi)核模式驅(qū)動程序文件系統(tǒng)驅(qū)動程序遺留設(shè)備驅(qū)動程序PnP驅(qū)動程序顯示驅(qū)動程序WDM驅(qū)動程序類驅(qū)動程序微型(mini)驅(qū)動程序圖1－2Windows2000中的設(shè)備驅(qū)動程序種類Windows2000系統(tǒng)可以使用多種驅(qū)動程序，圖1-2顯示了其中幾種?！ぬ摂M設(shè)備驅(qū)動程序(VDD)可以使DOS應(yīng)用程序訪問x86平臺上的硬件。VDD通過屏蔽I/O權(quán)限掩碼來捕獲端口存取操作，它基本上是模擬硬件操作，這對于那些直接對裸機硬件編程的應(yīng)用程序特別有用。盡管這種驅(qū)動程序在Windows98和Windows2000中共享一個名稱并且有相同的功能，但實際上它們的工作方式完全不同。我們用VDD縮寫代表這種驅(qū)動程序，用VxD縮寫代表Windows98中的虛擬設(shè)備驅(qū)動程序以示區(qū)別。治內(nèi)核偵模式已驅(qū)動療程序篩的分呢類包咐含許糠多子訊類。趣Pn雅P驅(qū)逆動程采序就岸是一借種遵莫循W地in該do玻ws錘2宇00還0城即插香即用擦協(xié)議投的內(nèi)雅核模吵式驅(qū)呈動程資序。跳·澇WD王M驅(qū)場動程傍序是堤一種詞Pn泄P驅(qū)預(yù)動程裁序，縫它同線時還倦遵循榆電源略管理掩協(xié)議針，并哪能在耽Wi兇nd詳ow浴s9帳8和貌Wi溜nd形ow深s紗20隱00歸間實礙現(xiàn)源桂代碼街級兼跌容。獅WD畏M驅(qū)矩動程牽序還蝶細分晨為類關(guān)驅(qū)動史程序骨(c工la裳ss圾dr頓iv福er脂)和宇微型離驅(qū)動說程序饞(m笨in汽id脹ri芝ve獄r)礎(chǔ)，類散驅(qū)動眨程序咱管理缸屬于仿己定斯義類普的設(shè)姨備，折微型提驅(qū)動構(gòu)程序督向類痰驅(qū)動比程序淺提供騎廠商距專有仆的支所持。容·焰顯示慚驅(qū)動蹦程序護是用朋于顯休示和抽打印參設(shè)備給的內(nèi)捷核?？h式驅(qū)意動程鋼序。董·暈文件嫁系統(tǒng)欺驅(qū)動脅程序膨在本夕地硬腎盤或卷網(wǎng)絡(luò)瓜上實陪現(xiàn)標脅準P莊C文料件系趨統(tǒng)模智型(擾包括啞多層揚次目成錄別結(jié)構(gòu)萄和命喉名文杯件概豈念)遮。閱·臭遺留墾設(shè)備做驅(qū)動梅程序楚也是反一種林內(nèi)核肆模式缺驅(qū)動怠程序節(jié)，它隆直接決控制熊一個賽硬件爬設(shè)備盈而不疤用其劇它驅(qū)裂動程蹈序幫豬助?；疬@種吃驅(qū)動叼程序拼主要魔包括次Wi純nd占ow伐s逗NT捕早期劍版本縱的驅(qū)蘆動程辭序，壞它們摘可以奇不做旁修改伐地運淋行在謙Wi元nd蔑ow進s李20野00服中。束1.送3目WD多M驅(qū)濁動程批序類搭型簡WD費M（誓Wi文nd干ow哈s食Dr假iv聾er蛋M肥od以el替）模階型是喊從W閉in刃NT勉3.夕51狂和W哨in遭NT濤4的清內(nèi)核喊模式能設(shè)備驚驅(qū)動鳴程序噸發(fā)展虹而來眾的。移WD睜M主微要的仇變化皺是增城加了音對即店插即衣用、脖電源襯管理普、W寒in黎do忽ws耀M鉛an每ag鵲em違en惡t勻In限te甜rf鼻ac關(guān)e(賢WM損I)府、設(shè)宰備接楊口的劃支持炮。W監(jiān)DM輪模型繭的主續(xù)要目鍋標，斗是實什現(xiàn)能蒼夠跨白平臺書使用戚、更現(xiàn)安全粥、更滑靈活樂、編侍制更左簡單怕的W轎in肢do山ws趨設(shè)備示驅(qū)動偉程序濤。W緩DM掘采用罵了“慚基于骨對象時”的陜技術(shù)痕，建能立了娛一個認分層綢的驅(qū)去動程無序結(jié)攝構(gòu)。園WD折M首軟先在發(fā)Wi桂nd敗ow惹s9睬8中滑實現(xiàn)拘，在鋸Wi群nd寬ow暖s2紀00角0中法得到抄了進普一步糞的完嫌善，弟并在指后續(xù)撓開發(fā)莊的W棄in描do躬ws啄操作疑系統(tǒng)梢中都暴將存押在，我比如作Wi找nd什ow臨s佳Me咽和W理in較do越ws迅X鼻P。誕微軟距在通怪過W即DM斧模型螺的引柏入，專希望雨減輕讓設(shè)備須驅(qū)動艱程序昏的開株發(fā)難霉度和屢周期柄，逐鴉漸規(guī)蚊范設(shè)跡備驅(qū)稍動程拉序的垂開發(fā)沈，應(yīng)很該說浮，W飽DM陵將成塌為以危后設(shè)義備驅(qū)暫動程照序的尊主流續(xù)。傳在W亦DM堵模型俊中，旗每個職硬件壩設(shè)備廚至少香有兩群個驅(qū)手動程嗓序：仗一個肥功能緩驅(qū)動拳程序翅（f仍un四ct醉io于n億dr帥iv襲er仇）和犁一個涂總線屋驅(qū)動對程序玩（b鳳us殿d硬ri栽ve爺r）牽。一拾個設(shè)畫備還滔可能趕有過沃濾驅(qū)犯動程通序（既fi葛lt互er包d普ri漸ve娛r）妥，用搏來變美更標董準設(shè)潑備驅(qū)招動程畜序的掃行為謝。這游些服體務(wù)于追同一籌個設(shè)兆備的藥驅(qū)動箏程序摧組成宅了一搶個鏈顧表，拖稱為勤設(shè)備煎棧。敵詳細館的描澤述見柜圖1得-3腔?？蛇x的上層過濾驅(qū)動程序可選的上層過濾驅(qū)動程序功能驅(qū)動程序可選的底層過濾驅(qū)動程序可選的總線過濾驅(qū)動程序總線驅(qū)動程序設(shè)備驅(qū)動程序總線驅(qū)動程序壘圖1瞞-3喘驅(qū)動倒程序燥的褲種類膚總線壯驅(qū)動迅程序虧總線賞驅(qū)動蒜程序鬼為實校際的做I／錫O總賞線服貴務(wù)，杰比如列IE惠EE輔1頸39荒4。疾在W警DM銅的定縫義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