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linux设备驱动第一篇:设备驱动程序简介

首先,我们知道驱动是内核的一部分,那么驱动在内核中到底扮演了什么角色呢? 设备驱动程序在内核中的角色:他们是一个个独立的“黑盒子”,使某个特定的硬件响应一个定义良好的内部编程接口,这些接口完全隐藏了设备的工作细节。(说白了,驱动程序除了对外提供特定的接口外,任何实现细节对应用程序都是不可见的。)用户的操作通过一组标准化的调用执行,而这些调用独立于特定的驱动程序。驱动程序的任务是把这些标准化调用映射到实际硬件的设备特有操作上。 在编写驱动程序时,程序员应该特别注意下面这个概念:编写访问硬件的内核代码时,不要给

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基于WDM的专用USB设备的驱动程序开发[通俗易懂]

1引言 目前对于诸如USB鼠标、键盘等这样的计算机标准外设,Windows系统已经提供了标准的驱动程序,用户无需再进行任何开发工作。而开发专用USB设备,需要开发专用的驱动程序。 Windows2000/XP操作系统不允许用户程序直接访问硬件设备。为了实现对硬件设备的访问和控制,必须通过操作系统所认可的驱动程序对硬件设备实现间接访问和控制。驱动程序通常被认为是操作系统的组成部分,所以,开发驱动程序有严格的规范,被认为是“计算机高手”的工作。而利用DDK进行基于WDM(Win32 Driver Model)驱动程序开发,使驱动程序的开发变成了一项比较简单的工作。 2 Win32驱动程序模型 USB设备驱动程序必须符合由Microsoft为Windows 98及其后版本所定义的Win32驱动程序模型(Win32 Driver Model,WDM)规格。这些驱动程序称为WDM驱动程序,扩展名为.sys。 WDM定义了一个基本模型,处理所有类型的数据。例如,USB类驱动程序为所有USB 设备提供了一个抽象的模型,并具有由所有客户驱动程序使用的定义好的接口。有了对所有设备类型共同的核心驱动程序模型,使驱动程序开发人员更容易从一种类型的设备移动到另外一种类型的设备上去。而且它也意味着驱动程序模型的内核实现尽可能是固定的。 USB是使用标准Windows系统USB类驱动程序访问USBDI(Windows USB驱动程序接口)的USB设备驱动程序。USBD.sys就是Windows系统中的USB类驱动程序,它使用UHCD.sys来访问通用的主控制器接口设备,或者使用OpenHCI.sys访问开放式主控制器接口设备。USBHUB.sys是根集线器和外部集线器的USB驱动程序。在PCI枚举器发现了USB主控制器之后,它会自动装入相关的驱动程序。 3 Windows USB驱动程序接口 大多数客户化的USB设备需要由用户来编写设备驱动程序,以响应内核态或用户应用程序的请求。在内核级,命令由客户驱动程序使用内部IOCTL发送给USB系统,例如IOCTL-INTERNAL-USB-SUBMIT-URB允许发出USB请求块(URB)给系统USB驱动程序。URB允许发出几个功能调用给USB系统。用户态USB实用程序也可以发出几个普通IOCTL给USB设备,目的仅仅是得到连接设备的信息。 3.1函数驱动程序 函数驱动程序(function driver)让应用程序与USB设备,通过API函数来沟通。这些API函数属于Windows的Win32子系统,Win32子系统同时也管理着执行应用程序。函数驱动程序与较低级的总线驱动程序沟通,总线驱动程序控制着硬件。 图1是应用程序与各个驱动程序,如何一起完成USB通信的结构图。当设备或子类别的要求超过类别驱动程序的能力时,会有辅助的过滤器驱动程序来类别驱动程序的能力。一个上层的过滤驱动程序位于类别驱动程序的上方。这样,从客户应用程序传来的要求,会先经过上层的过滤驱动程序,然后才传给类别函数驱动程序。一个下层的过滤驱动程序位于类别驱动程序和总线驱动程序之间,如图1。类别驱动程序会将要求传给下层的过滤驱动程序,然后再传给总线驱动程序。 图1应用程序与驱动程序完成USB通信的结构 通用串行总线驱动程序(USBD.SYS)是USB系统中负责管理通用串行总线的工作,位于主机上的一个软件。USBD负责控制所有的USB协议操作和高层的中断处理控制。在Windows98及以上版本中,Microsoft定义了一个新的设备驱动程序模型,称之为Windows设备驱动程序模型(WindowsDriver Model或WDM)。 USB客户应用程序也是一种设备驱动程序,通过定义的一个称之为USB接口的层间接口来访问其下方的USB软件。应用程序正是通过这些USB客户软件来实现与USB设备之间的通信。 针对USB客户应用程序的开发,相应版本的Windows操作系统的设备驱动程序开发包(Device Driver Developer’s Kit,即DDK)给出了相应的USB接口函数。并提供了对于这些函数具体使用的参考文档。 3.2 USBDI的IOCTL 为了编写USB设备驱动程序,通常还要在源代码中包含DDK所提供的几个头文件。这些头文件在Windows98下存放在/98DDK/inc/win98目录中,在Windows 2000下存放在/NTDDK/inc/win2000目录中。这些头文件的用途可以总结如下: usb100.h 定义了在USB设备驱动程序设计中所要用到的各种常量和数据结构。 Usbdi.h USBDI例程,其中包括对USBD和USB设备驱动程序通用的数据结构,适用于内核和用户模式。 Usbdlib.h URB构造和各种例程,定义了USBD所输出的服务,适用于内核和用户模式。 Usbioctl.h 给出了对IOC

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WDM 驱动程序开发[通俗易懂]

1.概述 引入了全新的WDM (Win32 Driver Model)的驱动程序架构,说是新技术,其实早在1997年Microsoft就提出了该项技术并在Windows 98中得到了充分的应用,换句话说,Windows 98也支持WDM。这样WDM就成为了一个跨平台的驱动程序模型不仅如此WDM驱动程序还可以在不修改源代码的情况下经过重新编译后在非Intel平台上运行。 2.WDM设备驱动程序的特点和原理2.1通用驱动程序对基本上一样的硬件,因为他们共享一个总线或完成类似的任务,设备驱动程序可以使用这些标准的驱动程序功能,使公共总线的共享容易,且更容易写出新的驱动程序,总线驱动程序,如USB、1394,和类驱动程序。(1)Win32程序接口: 可以使用Win32函数像访问文件那样访问设备CreateFile() 、Closehandle()、ReadFile()、WriteFile()、DeviceIoControl()用于发出特殊请求,可发送数据给驱动和从驱动得到数据,IOCTL代码可以是预先定义的也可是自己定义的。(2)创建设备 大多数WDM设备对象都是在PnP管理器中调用AddDevice入口时创建,这个PnP 例程在插入新设备和安装Inf文件时被调用,此后一系列的PnP IRP被发送到驱动程序,指示设备应如何启动和查询它的功能2.2WDM-的工作原理WDM是在NT 4.0驱动程序结构上发展起来的,所以它与NT 4.0驱动程序极为相似 ,但是它却有了本质上的提高,比如它支持USB、IEEE 1394、ACPI等全新的硬件标准。 虽然Windows 98与Windows 2000都支持WDM,可是并不意味着Windows 98下的VxD可以在 Windows 2000下运行,而NT下的WDM却可以在Windows 98下运行。不过原先准备在两个平台上同时运行需要编写两个截然不同的驱动程序,而现在只需要编写一个WDM驱动程序就 可以了。同NT 4.0驱动程序一样,WDM驱动程序也是分层的,即不同层上的驱动程序有着不同的优先权,而Windows 9x下的VxD则没有此结构。另外,WDM还引入了功能设备对象 FDO(functional device object)与物理设备对象PDO(physical device object)两 个新概念来描述硬件,一个PDO代表一个真实硬件,在驱动程序看来则是一个FDO 。 另外值得注意的是,一个硬件只允许有一个PDO,但却可以拥有多个FDO,而在驱动程序中我们不是直接操作硬件而是操作相应的PDO与FDO。在Ring-3与Ring-0通讯方面,操作系统为每一个用户请求打包成一个IRP(IO Request Packet)结构,将其发送至驱动程序并通过识别IRP中的PDO来识别是发送给哪一个设备的。另外,在驱动程序的加载方面WDM既不靠驱动程序名称也不靠一个具有某种特殊意义的ID,而是依靠一个128位的GUID来识别驱动程序(Windows下许多东西都是靠此进行识别的)。 2.3 IRP处理 I/O请求包IRP是驱动程序操作的中心,IRP是一个内核对象,它是预先定义好的数据结构,带有一组对它进行操作的I/O管理器例程,I/O管理器接受一个I/O请求,然后将它传送到合适的驱动程序栈中的最高驱动程序之前,分配并处始化一个IRP,每个I/O请求有主功能代码 2.4 IRP参数比如一个写的I/O请求转换成一个IRP时,I/O管理器填写主要的IRP首部,并构造第一个个栈单元,对写请求来讲,首部包含用户缓冲区信息,而栈单元则包含写的具体参数。如果调用另一个驱动则必须创建下一个栈单元。一个IRP到栈顶时,使用PIO_STACK_LOCATION IoGetCurrentIrpStackLocation( IN PIRP Irp );IoGetCurrentIrpStackLocation returns a pointer to the caller’s stack location in the given IRP。如决定需要把这个IRP沿设备栈向下传递,使用IoCopyCurrentIrpStackLocationToNext or IoSkipCurrentIrpStackLocation简单的将内容复制到下一个单元,如果要更改下一个栈单元,要使用LOCATION IoGetNextIrpStackLocation(IN PIRP Irp );IoGetNextIrpStackLocation gives a higher level driver access to the next-lower driver’s I/O stack location in an IRP so the caller can set it up for the l

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