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2 驱动基础知识

   68013带有自己的驱动的程序的，但是在这里为了讲解usb驱动程序的开发方法，我们还是自己的驱动程序吧，我自己的驱动程序比它自带的驱动程序效果更好，呵呵，传输速度更快，网上有网友说，Ezusb 驱动程序的缺点一大堆，下面讨论驱动程序的编写方法，在本文中，widows环境下我主要想讲解不同的工具的开发方法和技巧。

 

2.1 windows 驱动开发基础

    windows下Pc开发驱动的方法主要有，windriver，driverstudio 3.2+ddk，ddk和WDK这4种，windriver开发驱动最简单，但它开发的驱动不符合微软的wdm模型的思想，在本文中，不对windriver进行讲解，主要讲解driverstudio 3.2(dw 3.2)+ddk，及ddk，和wdk进行驱动开发。

       Driverstudio 简单来说，就像api的MFC，它是对ddk的进一步的封装，采用driverstudio的driverworks能够很方便的生成程序框架。而且生成的程序满足wdm模型，因此它以它的易用性影响了一代人。下面首先讲解采用vc6.0+driverstudio 3.2 +ddk搭建驱动开发环境。

1．装系统XP->安装VC 6.0—>安装DDK->driver studio 3.2

2．如果安装的是DDK2600，则需要安装补丁，ntstrsafe和csq，到网上下载文件ntstrsafe.lib+csq.lib.rar，把解压出来的两个库文件拷贝到WinXP_DDK的安装目录下的库目录中（我的是E:/WINDDK/2600/lib/wxp/i386）。

3．对driver studio,VC6.0和ddk进行简单的设置；

  （1）在VC6.0 菜单的DriverStudio菜单下的DDK Build Settings，在弹出的对话框中选择已经安装的DDK目录（我的是E:/WINDDK/2600）；

   (2) VC6.0-->Tools-->Options，点击"Directories"选项卡：）“Show directories for:"下选择Include files，然后检查有没有包含ddk的头文件目录（我的是E:/WINDDK/2600/inc/wxp），如果没有则加上；Show directories for:"下选择Library files，然后检查有没有包含ddk的库文件目录（我的是E:/WINDDK/2600/lib/wxp/i386），如果没有则加上；

   (3)启动driverstudio，在develop下的DDK Building Settings中确保“DDK Root Directory”下方的内容是ddk的安装目录（我的是E:/WINDDK/2600），然后点击下方的"Luanch Program"正式启动vc6的开发环境。

   (4) VC6.0进入菜单File-->Open Workspace(打开位于DriverStudio3.2安装目录的/DriverWorks/Source/vdwlibs.dsw)-->进入菜单Build-->batch Build，点击“Select x86"按钮只选中全部的32位库（对于32位的电脑一定不要选中64位的库，否则后面编译会出错）-->点击按钮"Rebuild AlL”开始编译。

(5)编译一个DriverStudio自带的实例，启动VC6.0，点击菜单File-->Open Workspace，打开项目文件：

C:/Program Files/Compuware/DriverStudio/DriverWorks/Examples/wdm/

hellowdm/HelloWdm.dsw，然后编译，如果没有报错，那说明安装和配置成功。

  (6)应用driverstudio的Driver wizard生成驱动程序框架：此后系统会一步一步引导你完成设置，最后自动生产的驱动程序框架。设置好后将生成驱动文件,然后用VC6.0进行编译：进行Build菜单,Rebuild AlL将生成.sys文件,说明驱动模块编译成功！

 

    讲解完dw3.2的环境搭建后，接着谈谈wdm的驱动到底有哪些内容，本文主要讲解的驱动都是功能驱动，过滤驱动本文不在进行讲解。无论是dw3.2还是ddk或wdk开发驱动都包括以下内容：

1． pnp   2.电源管理，3.内存管理等。

    对于dw3.2+ddk或单独采用ddk开发驱动来说，还有派遣函数等内容，而对于wdk来说，就没有派遣函数了，都用队列来处理。

    本文主要针对usb驱动进行讲解，在dw3.2中，与usb驱动相关的几个类如下：

        1.KUsbLowerDevice ：主要用于逻辑设备的编程；

     2.KusbInterface：主要用于接口设备的编程；

     3.KusbPipe：主要用于管道的编程；

 

       对于将dw3.2+ddk怎么开发usb驱动程序，首先采用driverworks的DriverWizard生成usb驱动框架，生成的流程在这里不进行讲解了，网上有10分钟开发一个usb驱动程序等资料。

      

对于DDK和WDK的最大的不同是DDK采用wdm模型，而WDK采用的是WDF模型，WDM中的Irp在WDF中WDFREQUEST对象表示，WDFREQUEST是对Irp的封装，而wdm中的i/o对象在wdk中不再是一个设备对象，wdk用i/o target表示，i/o target 对象比设备对象（device_object）表示的范围更大，可以表示驱动，和队列对象等。

其次DDK和WDK的不同就是在ddk中，用队列用的比较少，而在wdk中无处不见队列，而wdm的对象都是杂乱的并行队列，而wdf中队列分成了3种，串行队列，并行队列，手动队列。

DDK和WDK的另外一个不同就是电源管理和Pnp了，WDK几乎不要用户在写电源管理和Pnp代码了。

呵呵，总结一句，WDK比DDK的代码更加简洁，少了很多代码。这些不同，我会在后面的举例中，都可以看到。其中ddk的usb讲解，我就采用ddk下面的例子，bulkusb进行讲解，而对于wdk usb讲解，我采用的是wdk下的例子，usbsamp。

Window驱动的开发基础先介绍到这里了，对于最基本的DriverEntry，Adddevice等，我还会在后面的例子中进行讲解。另外WDF又分成2种，第一种是KMDF，第二种是UMDF，KMDF是内核的驱动，UMDF是用户层的驱动。

 

2.2 应用程序与驱动之间的通信

当应用程序通过USB管道发送或接收数据时，它首先调用Win32 API(如ReadFile，CreateFile，WriteFile，DeviceIoControl)调用使得功能驱动程序收到一个IRP。而驱动程序的工作是把客户的请求(应用软件)引导到正确端点的管道上。它把请求提交到总线驱动程序，总线驱动程序再把请求分解成多个事物(transaction)，然后这些事务被送到总线。

应用程序可以调用ReadFile，CreateFile，WriteFile，DeviceIoControl等API通过IRP来和驱动程序进行通信。Windows中，应用程序实现与WDM通信的过程是：应用程序先用CreateFile函数打开设备，然后用DeviceIoControl和WDM通信，包括从WDM中读数据和写数据给WDM。也可以使用ReadFile从WDM中读数据或用WriteFile写数据给WDM，当应用程序退出时，用CloseHandle关闭设备。对应的IRP如下所示：

 

表1 Win32 API 对应的IRP

 

2．3 驱动程序与底层硬件之间的通信

驱动程序（FDO）和硬件之间的通信主要是在功能驱动层，首先构造USB请求包，然后将USB请求包发送到底层驱动总线上，具体的流程如下：

(1)     当设备插入到PC时，驱动程序调用DriverEntry()例程，主要用于负责驱动程序的初始化，用于初始化驱动程序范围的数据结构和资源。DriverEntry()例程包括主要有以下3个功能。设置AddDevice，Unload，Dispath和其它例程的入口指针；

(2)PC给硬件发送控制命令，即厂商请求。

对于dw3.2来说，发送厂商请求的函数为：BuildVendorRequest，然后构建URB将厂商请求发给硬件；发送Urb的命令为：SubmitUrb函数；

对于ddk来说，发送厂商请求的函数如下：

IoBuildDeviceIoControlRequest，它创建一个I/O控制码的Irp，然后将URB作为Irp的参数，用IoCallDriver发送到底层总线驱动，然后转发到硬件，对硬件设备进行控制；

对于wdk，发送厂商请求分为同步和异步2种方式：

 

(3)对设备进行读写；

dw3.2对设备进行读的函数如下：

要对usb设备进行进行读(read)，首先必须发送控制请求，然后在将该请求以urb发给底层usb总线，然后获取硬件返回的数据。

发送请求有以下几种方式：

1)      对于KUsbLowerDevice类来说，发送厂商请求，函数如下：BuildVendorRequest

PURB BuildVendorRequest(

   PUCHAR TransferBuffer,               //为驱动程序存放传输数据的内存

   ULONG TransferBufferLength,   //传输的字节数

   UCHAR RequestTypeReservedBits,  //为类别请求字节的保留位

   UCHAR Request,                          //具体的请求数值

   USHORT Value,                            //为数值

   BOOLEAN bIn=FALSE,                //False表示主机到设备

   BOOLEAN bShortOk=FALSE,       //传输字节数是否可以少于指定的字节数

   PURB Link=NULL                        //指为连接下一个传输的URB

   UCHAR Index=0,                          //为索引值

   USHORT Function=URB_FUNCTION_VENDOR_DEVICE,  //类别请求

   PURB pUrb=NULL                     //NULL表示分配一个新的URB

);

 

然后将URB发送给底层USB总线，提交的函数原型如下：

NTSTATUS SubmitUrb(
   PURB pUrb,              //创建的URB
   PIO_COMPLETION_ROUTINE CompletionRoutine=NULL,  //完成例程
   PVOID CompletionContext=NULL,           //传替给完成例程的参数
   ULONG mSecTimeOut=0                        //同步调用的超时参数
);

 

在dw 3.2下有个usbtherm的例子，里面读取数据的函数，如下：

NTSTATUS UsbThermometer::ReadRamAsynch( UCHAR offset, PIO_COMPLETION_ROUTINE pCompRoutine)

{

     t << "Entering UsbThermometer::ReadRamAsynch/n";

 

     KIrp I = KIrp::Allocate( m_Usb.StackRequirement() );

     if ( I.IsNull() )

         return STATUS_INSUFFICIENT_RESOURCES;

     // allocate a new context structure

     THERMO_READ_COMPLETION_INFO* pCompInfo = new (NonPagedPool) THERMO_READ_COMPLETION_INFO;

     // make sure it succeeded

     if ( pCompInfo == NULL )

     {

         KIrp::Deallocate(I);

         return STATUS_INSUFFICIENT_RESOURCES;

     }

     RtlZeroMemory(pCompInfo,sizeof(THERMO_READ_COMPLETION_INFO));

     // initialize the context structure

     pCompInfo->m_pClass = this;

     pCompInfo->m_OffsetRead = offset;

     // allocate and initialize an URB, and store the pointer in the context structure

     pCompInfo->m_pUrb =

              m_Usb.BuildVendorRequest(

                   pCompInfo->m_buffer,             // transfer buffer

                   8,                                   // transfer buffer size

                   0,                                   // request reserved bits

                  2,                                   // request

                   offset,                              // Value

                   TRUE,                                // In

                   FALSE,                               // Short Ok

                   NULL,                                // link urb

                   0,                                   // index

                   URB_FUNCTION_VENDOR_ENDPOINT     // function

                   );

     if ( pCompInfo->m_pUrb == NULL )

     {

         delete pCompInfo;

         KIrp::Deallocate(I);

         return STATUS_INSUFFICIENT_RESOURCES;

     }

     // submit the URB to USBD

     return m_Usb.SubmitUrb(I, pCompInfo->m_pUrb, pCompRoutine, pCompInfo);

}

 

 

对于KusbPipe类来说，构建urb又多了几个函数，其实都差不多，BuildControlTransfer，BuildInterruptTransfer，BuildBulkTransfer，BuildIsochronousTransfer，分别对应的控制传输，中断传输，块传输，同步传输。这些都在usb驱动开发的dw 3.2驱动开发中以例子的形式进行讲解，同时对于usb写，其实是一样的，都是这些函数，只是传输方向变了，改变一个参数就行。

 

ddk对设备进行读时的函数如下：UsbBuildInterruptOrBulkTransferRequest，然后调用IoCallDriver将URB请求转发给底层总线驱动，在转发给硬件设备。

 

wdk对设备进行读写时的函数如下(分为同步和异步2种方式)：

 

1）对于usb设备：

同步控制命令（控制传输）：

WdfUsbTargetDeviceSendControlTransferSynchronously

函数功能：builds a USB control transfer request and sends it synchronously to an I/O target.

NTSTATUS WdfUsbTargetDeviceSendControlTransferSynchronously(

  [in]           WDFUSBDEVICE UsbDevice,

  [in, optional]   WDFREQUEST Request,

  [in, optional]   PWDF_REQUEST_SEND_OPTIONS RequestOptions,

  [in]           PWDF_USB_CONTROL_SETUP_PACKET SetupPacket,

  [in, optional]   PWDF_MEMORY_DESCRIPTOR MemoryDescriptor,

  [out, optional]  PULONG BytesTransferred

);

 

 

举例如下：

 

WDF_USB_CONTROL_SETUP_PACKET  controlSetupPacket;

WDF_USB_CONTROL_SETUP_PACKET_INIT_VENDOR(

                                         &controlSetupPacket,

                                         BmRequestHostToDevice,

                                         BmRequestToDevice,

                                         USBFX2LK_REENUMERATE,

                                         0,

                                         0

                                         );

 

status = WdfUsbTargetDeviceSendControlTransferSynchronously(

                                         UsbDevice,

                                         WDF_NO_HANDLE,

                                         NULL,

                                         &controlSetupPacket,

                                         NULL,

                                         NULL

                                         );

 

异步操作（控制传输）：

WdfUsbTargetDeviceFormatRequestForControlTransfer

NTSTATUS
    WdfUsbTargetDeviceFormatRequestForControlTransfer(
    IN WDFUSBDEVICE  UsbDevice,
    IN WDFREQUEST  Request,
    IN PWDF_USB_CONTROL_SETUP_PACKET  SetupPacket,
    IN OPTIONAL WDFMEMORY  TransferMemory,
    IN OPTIONAL PWDFMEMORY_OFFSET  TransferOffset
    );

该函数和同步控制传输函数的区别是只构建控制传输请求，但是不发送控制传输请求，而同步操作WdfUsbTargetDeviceSendControlTransferSynchronously构建完控制传输请求的同时，也发送给I/O target。

 

2）对于usb管道：

同步写：

WdfUsbTargetPipeWriteSynchronously函数，函数原型如下：

The WdfUsbTargetPipeWriteSynchronously method builds a write request and sends it synchronously to a specified USB output pipe.

NTSTATUS
  WdfUsbTargetPipeWriteSynchronously(
    IN WDFUSBPIPE  Pipe,
    IN OPTIONAL WDFREQUEST  Request,
    IN OPTIONAL PWDF_REQUEST_SEND_OPTIONS  RequestOptions,
    IN OPTIONAL PWDF_MEMORY_DESCRIPTOR  MemoryDescriptor,
    OUT OPTIONAL PULONG  BytesWritten
    );

异步写：

usb 写数据发送请求的函数为WdfUsbTargetPipeFormatRequestForWrite，然后将WdfRequestSend将请求发送出去。

NTSTATUS WdfUsbTargetPipeFormatRequestForWrite(
    IN WDFUSBPIPE  Pipe,
    IN WDFREQUEST  Request,
    IN OPTIONAL WDFMEMORY  WriteMemory,
    IN OPTIONAL PWDFMEMORY_OFFSET  WriteOffset
    );

 

该函数和同步写函数WdfUsbTargetPipeWriteSynchronously的区别是异步写函数需要调用WdfRequestSend发送请求。WdfRequestSend函数原型如下：

BOOLEAN
  WdfRequestSend(
    IN WDFREQUEST  Request,
    IN WDFIOTARGET  Target,
    IN OPTIONAL PWDF_REQUEST_SEND_OPTIONS  RequestOptions
    );

 

同步读：

WdfUsbTargetPipeReadSynchronously函数，函数原型如下：

NTSTATUS WdfUsbTargetPipeReadSynchronously(
    IN WDFUSBPIPE  Pipe,
    IN OPTIONAL WDFREQUEST  Request,
    IN OPTIONAL PWDF_REQUEST_SEND_OPTIONS  RequestOptions,
    IN OPTIONAL PWDF_MEMORY_DESCRIPTOR  MemoryDescriptor,
    OUT OPTIONAL PULONG  BytesRead
    );

 

异步读：

WdfUsbTargetPipeFormatRequestForRead函数原型如下：

NTSTATUS
  WdfUsbTargetPipeFormatRequestForRead(
    IN WDFUSBPIPE  Pipe,
    IN WDFREQUEST  Request,
    IN OPTIONAL WDFMEMORY  ReadMemory,
    IN OPTIONAL PWDFMEMORY_OFFSET  ReadOffset
    );

 

同步读和异步读的差别和同步写与异步写的区别类似。