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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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