USB设备驱动程序的研究与开发

注 册 表 和 Ｉ Ｆ 件 负责 帮 助 系 统 完 成识 别 设 备 以 Ｎ 文
及 分配设 备 资源 。
Ｕ Ｂ 备 层 、Ｕ Ｂ 线接 口层 。每 一 层 都 由主 机 Ｓ设 Ｓ总
和 Ｕ Ｂ 备 的不 同功 能 模 块 组 成 。图 １ 示 是 一 Ｓ设 所
３ 内核 数 据 结构
内核模 式 组 件 （ｎ／ 管 理 器 等）主 要 是通 过 ￣Ｉ Ｏ 发送Ｉ ＼ 求 的方 式 来 运 行 驱 动 程 序 。 下 面 是 处 Ｏ请 理Ｉ 请 求时所 涉 及 的主要 内核 数据 结构 。 ＼ Ｏ
／ Ｒ 发送 给下 层 的Ｕ Ｂ ／ 将Ｕ Ｂ Ｓ 总线 驱动 程序
Ｄ ｉ ｒ ｂｅｔ ＞ ａｏＦ ｎ ｔ ｎ【Ｒ ＿ ＿ Ｒ — ｒ ｅＯ ｊｃ 一 Ｍ ｊｒｕ ｃ ｏ Ｉ Ｐ ＭＪＣ Ｅ ｖ ｉ
Ａ Ｅ ＝Ｄ ｖ ｒａｅ Ｔ］ ｒＣ ｅｔ；
ｎＳａ ｓ ｓＣ ｌ Ｓ Ｄ ｆｏ ｕｂ ｔｔ ｕ ＝Ｕ ｂ ａ Ｕ Ｂ Ｉ（ ， ｒ）； ｔ ｌ ｄ
Ｄｒ Ａｄ ｖ ｄＤｅ ｉｅ ｖｃ ；
当系 统 加 载 或 卸 载 驱 动 程 序 时 ，Ｉ 管 理 器 ＼ Ｏ
负责 建立 或删 除 驱动 程序 对象 。驱动 程序 对 象 内
部包 含指 向设 备对 象 以及 不 同驱 动程 序例 程 的指
针 ．其 数 据 结 构 如 图４ 示 。其 中设 备 对 象保 存 所
端０ 点
ｌ
ＵＳ Ｂ总线接 口 层
ＵＢ Ｓ 总线接 口
实际数据传输
ＵＢ Ｓ 总线接 口
…
…
…
…
…
…
一
一
ｉ
…
…
…
…
…
…
一
一
；
图 １ ＵＳ Ｂ系 统 的 分 层 结 构
ｗ ｉ３ 应 用 程 序 ｎ２ 驱 动 程 序对 象
设 备对象
设备 对象
Ｎｅ ｔ ｅ ｉｅ ｘＤ ｖ ｃ
口。而要 实 现Ｕ Ｂ 件 设备 与 主机 间 稳定 的数 据 Ｓ硬
传 输 ，则 不 可避 免 的要 编 写适 合Ｕ Ｂ 件要 求 的 Ｓ硬
驱 动 程序 。为此 ，本 文结 合 实 例 ，论 述 了Ｕ Ｂ Ｓ 设
备 驱动 程序 的具 体实 现机 制和 开发 方法 。
示 是其 体 系结构 图。
图２ ．其 中Ｉ 管 理 器 主 要 负责 把 用 户模 式 中 ／ Ｏ 的Ｉ Ｐ Ｒ 发送 至设 备 的驱 动程 序 ：内核模 式 的Ｐ Ｐ ｎ 管 理 器 负责 与操 作 系统 的其 它 内核 模 式组 件 和 驱动
１ Ｕ Ｂ系统 结 构 Ｓ
在 终端 用 户 看 来 ，Ｕ Ｂ Ｓ 系统 就 是设 备 通 过 一
第 ｌ卷 ２
第 １ 期 １
电 子元 器 件 盔 用
Ｅｌｃ ｒ ｎｃ Ｃｏ ｅ ｔｏ ｉ ｍｐｏ ｅ ＆ Ｄｅ ｉｅＡｐｐ ｉａ ｉｎ ｎ ｎｔ ｖｃ ｌｃ ｔｏ ｓ
Ｖｏ＿ ２ ｌ１ Ｎｏ． １ｌ Ｎｏ ．２０ｌ ｖ ０
２ ０ １ 月 ０ｌ 年 １
主 机 客户软件
ＵＳ 备 Ｂ设 功 能 单 元
第 】 卷 年１ １ ２０ １期 ２１ 第１ ０ 月
媳锗
ＶＪ２Ｎ． ０１ Ｏ １ ． １
Ｎ Ｖ ００ Ｏ ．２ １
Ｅ ］ ＝Ｄ ｖ ｏ ｅｌ ； Ｒ ｒＰ ｗ ｒ ｐ ｒ ， ， 分发例 程入 口
１ ｄｅｓｂ ｆ ｒｅ ｇ ，ｒｎｆｒｌｇ， Ｕ Ｌ Ａｄ ｒｓ， ｕｆ Ｌ ｎｔ ｔ ｓ Ｆａｓ Ｎ Ｌ ）； ｅ ｈ ａ ｅ
功层 能
Ｉ 应 程 ｌ 用序 ｌ 辑 据 Ｉ 数传 ｕＢ 备 动 序 ｓ设 驱 程 ｌ
Ｕ Ｂ系统 软件 Ｓ
接口 ｘ
ｌ
Ｕ Ｂ 辑设备 Ｓ逻
ＵＢ 备 Ｓ 层 设
ｌｕＢ 线 动 序 辑 据 Ｉ ｓ总 驱 程 ｌ 数传 Ｉｓ 控 器 动 序Ｉ Ｂ 制 驱 程 ｕ主
一
或 多个 堆 栈 单 元 组 成 。图 ３ 的驱 动 程 序 栈 包 中
括２ 驱 动程 序 ，当某 Ｉ Ｐ 要２ 驱 动 程 序 处 理 层 Ｒ需 层
时 ，ｎ Ｏ管理 器 可为其 堆 栈 建立２ Ｏ 单元 ，每 个ｎ 栈
．
ｅｄ￣ｒ ２ １ ．１ 电 子 元 器 件 焘 用 ５ ｃ ｏ ｔ ０ ０１ ｃ ３
的 主 功 能 代 码 ，ＭｉｏＦ ｎ ｔ ｎ 段 是 次 功 能 代 ｎ ｒｕ ｃ ｏ 字 ｉ
码 ．它们 用于 指 明驱 动程 序应 执行 的具 体操作 。
３ ． 驱 动 程 序 对 象 ２
Ｄ ｉｅＥ ｔ 例程 是 驱 动 程 序 的入 口 ，一 般 由 ｒ ｒ ｎｒ ｖ ｙ
Ｉ 管 理 器 在 加 载 驱 动 程 序 的时 候 调 用 。 它 主要 ＼ ０
当前ＩＰ Ｒ
设备扩展
叵
臣回
匝囹 匪困
匹固
匝圃
Ｉ ＲＰ首 部
Ｉ Ｓｔ ｔ ｏ ａ ｕｓ Ｓ ｔ ｍ Ｂｕ ｅ ｙｓｅ ｆ ｒ
ＵＳ ￣备 驱 动 程 序 Ｂｉ
图４ 驱 动 程 序 对 象的数 据 结构
臣
开发人 员 自定 ，其长 度 和 内容 通常都 不 固定 。
图２ ＵＳ Ｂ设备 驱 动 程 序 体 系结 构
收 稿 日期 ：０１ — ３ １ ２ ０ ０—９
Ｉ Ｐ （ ０ Ｒ ｑ ｅｔ ａｋ ｇ ，Ｉ Ｒ Ｉ ｅ ｕ ｓ Ｐ ｃ ａ ｅ ＼ 求 包 ）的数 ＼ Ｏ请
据结 构如 图３ 所示 。 Ｉ ＼ Ｏ请求 包 首 部 的ＩＳａｕ 字段 用 于保 存 Ｉ ｏ ｔｔｓ ＼ Ｏ请
求 经 某 个 驱 动 程 序 处 理 后 的状 态 ；Ｕ ｅＢ ｆ ｒ ｓｒ ｕ ｅ字 段 指 向用 户 的Ｉ ＼ 冲 区 。Ｉ 请 求 包 的堆 栈 区 由 Ｏ缓 ＼ Ｏ
Ｍ ｒｕ ｃｌ ｎ Ｆ ｎｔｎ ０ Ｏ Ｍａ ｒｕ ｃｉ ｊ Ｆ ｎｔｎ ｏ ｏ
后 ，介 绍 了如何 编译 和加 载驱 动程序 。
图 ３ Ｉ０请 求 包 的 数 据 结 构 ＼
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４１ 驱 动 程 序 入 口例 程 ．
个 驱 动 程 序 对 应 一 个 。ＭａｏＦ ｎｔ ｎ 段 是 Ｉ Ｐ ｊｒｕ ｃ ｏ 字 ｉ Ｒ
４ Ｕ Ｂ 备 驱 动 程 序 的 实现 Ｓ设
驱 动程 序 是一 些例 程 的集 合 ，它 一般 被 动地 存 在 ，以等 待 主 机 系统 软 件 （ｎ 管 理 器 、Ｉ ＰＰ ／ Ｏ管 理 器 、 电源管 理器 １来 调用 。典 型 的Ｕ Ｂ 备 驱 Ｓ设 动 程序 主要 包 括若 干 例程 ，其 中有 驱 动程 序入 口
３１ Ｉ Ｐ 求包 ． Ｒ 请
个Ｕ Ｂ Ｓ 系统 的分 层 结 构 。 图 中 ，功 能层 负 责 实 现
Ｕ Ｂ 备 的特 定 功能 。该 层 不 需 要 理 解Ｕ Ｂ 体 Ｓ设 Ｓ具
的 串行 传输 机 制 ，而 只需 知 道 和Ｕ Ｂ 备 传 输 哪 Ｓ设
些 数据 。根据 不 同 的传 输 需要 （ 传输 数 据 量 的 如 大 小 和 速 率） ，这 样 ，通 过 客 户 软 件 ，便 可 在 和 Ｕ Ｂ 备 的功 能 单 元 进 行 通 信 时 ．采 用 ４ 传 输 Ｓ设 种
而 目前 已经 成 为 主 机 与 外 部 设 备 连 接 的标 准 接
种 通 用 驱 动 模 型 ， 旨在 实 现 对 新 硬 件 的 支 持 ，
并 可 进 一 步 降 低 所 需 驱 动程 序 的数 量 和 复 杂 性 ， 以简 化驱 动 程 序 的开 发 。Ｕ Ｂ 备 所 采 用 的 驱动 Ｓ设 程 序 通 常都 是 一种 典 型 的ＷＤ Ｍ驱 动 程序 。 图２ 所
类 型 进 行 操 作 ，这 四种 传 输 类 型 包 括 ：控 制 传 输 、块 传输 、 中断传 输 和 同步传 输 ；Ｕ Ｂ 备层 Ｓ设 用 于实 现 主机 和Ｕ Ｂ 备 间 的 配 置通 信 ，如 分 配 Ｓ设
地址 、读 取 配置 描述 符 等 ，这些 功 能 主要 是 通过 缺省 控制 端 点 Ｏ 实 现 ；Ｕ Ｂ总 线 接 口层 可 用 于 来 Ｓ 实现 主机 和Ｕ Ｂ 备 间 的实 际数据 传输 。 Ｓ设
操作 ，因而 ，首 先需 要 通 过Ｃ ｅｔＦｌ来 创 建访 问 ｒａ ｉ ｅ ｅ 设 备 的句 柄 。然 后 通 过 Ｄ ｖ ｅｏ ｏ ｔ ｌ 指 定 的 ｅｉ ＩＣ ｎｒ 向 ｃ ｏ 驱 动 发 送 特 定 的控 制 标 识 符 、缓 冲 区地 址 等 参 数 。 在 使 用 Ｄ ｖｃ ＩＣ ｎｒｌ ｅｉｅｏ ｏ ｔ 函数 过 程 中 ，通 常 需 ｏ 要 注 意两 点 ，一 是ｄ ＩＣ ｎｒｌ ｏ ｅ 数 需 要 与 驱 ｗｏ ｏ ｔ Ｃ ｄ参 ｏ
周 明 建 ．林 平 分
（ 北京 工业 大 学北京 市嵌 入 式重 点 实验 室 ，北 京 １ ０ ２ ） ０ ０ ２ 摘 要 ：介 绍 了Ｕ Ｂ￣ Ｓ ￣系统 结构 ，分析 了Ｕ Ｂ Ｓ 设备 驱 动 程序 的结 构 、主 要 数 据 对 象 以及 驱 动
程序 的加 栽过 程 ，给 出了利 用Ｄ Ｋ开发ＷＤ Ｄ Ｍ型Ｕ Ｂ 备驱 动 程序 的 方法及 流程 。 Ｓ设 关键 词 ：Ｕ Ｂ；ＷＤ Ｓ Ｍ；驱 动程序
有设 备 的特征 和状 态 信息 ；设 备 扩展 通 常 由驱动
５ 电 子元 器 件 焘 用 ２ １ ．１ Ｗ ． ｄａｎ ４ ０ ０１ Ｗ Ｗｅ ｃ ｃ ｃ
／ ／ 电源管 理例 程人 口
Ｄ ｉ ｒ ｂｅｔ ＞ ｊｒｕ ｃ ｏ Ｒ ＿ Ｊ Ｐ Ｗ— ｒ ｅ０ ｊｃ 一 Ｍａ Ｆ ｎ ｔ ｎ ｆ Ｐ Ｍ — Ｏ ｖ ｏ ｉ Ｉ
Ｕｓ ｒ ｆ ｒ ｅＢｕ ｆ ｅ
Ｉ Ｐ 栈 Ｒ堆
Ｉ Ｏ Ｓ ＴＡＣＫ
— ＿
驱动程序栈 驱动程序１ 驱动 程序２
Ｌ Ａ ＩＮ ＯＣ Ｔ Ｏ
Ｉ 栈 单元 ／ Ｏ Ｕ 栈 单元 Ｏ
例 程 、 即插 即用 例 程 、分 发 例 程 、电 源 管 理 例
程 、卸载 例程 等 。限 于篇 幅 ，本 文主要 讨 论驱 动 程 序 人 口例 程 及 分 发 例 程 ，并 在 完 成 这 些 例 程
萼兰 ｝１室塑 ｌ 翌 茎 －
系 统 管 理 程 序
用模 户式
内核模式
Ｄｒ ｒｎｔ ｉ ｌｉ ｖｅ
驱动入 口例程
Ｓａｔ 例 程 ｔｒｌ ｏ 制 载 例 程
分 发 例 程
Ｄ ｉｅ ｔ ｔ ｒ ｒａ ｌ ｖ Ｓ ｒｏ
ｄ ＶＥ Ｎ ＲＩ Ｒｕ ＬＯＡＤ ｍＡＪ Ｒｆ Ｏ ＵＮＣ Ｉ 】 Ｔ ＯＮ［
根Ｕ Ｂ Ｓ 电缆 和 主机 连 接 在 一起 。但 对 开发 人 员 来
程 序交 互 ，以配 置管 理 即插 即用 设 备 ；电源 管理
器 负 责 识 别 各 种 电 源事 件 ，并 传 递 给 驱 动 程 序 ；
说 。这 种 连 接 则 被 分 为 三 个 逻 辑 层 ：功 能 层 、
０ 引言
Ｕ Ｂ ｆ 用 串 行 总 线 ）具 有 诸 多 优 点 ，如 可 Ｓ 通
２ 基 于ＷＤ Ｍ的Ｕ Ｂ 备 驱 动 程序 体 系 Ｓ设
ＷＤ （ ｎ ｏ ｓＤ ｉｅ ｄ １是 微 软 推 出 的 Ｍ Ｗｉｄｗ ｒ ｒ ｖ Ｍｏ ｅ
一
支 持热 插拔 、传输 稳 定且 速率 高 、易扩 展 等 。 因
负 责初 始 化操 作 ，如设 置 驱动 程序 对 象 中指 向各
种 例 程 的指 针 等 。其 相关 代码 如下 ：
Ｈ￣插 即用例 程人 口 ｌ ｌ Ｊ Ｄ ｉ ｒ ｂｅ ｔ ＞ ｒ ｅＥ ｔｎｉ ＞ ｄ Ｄ ｖ ｅ ： ｒ ｅＯ ｊｃ － Ｄ ｉ ｒ ｘｅ ｓ ｎ－ Ａ ｄ ｅｉ ｖ ｖ ｏ ｃ
４３ Ｕ Ｂ 备 驱 动 与 应 用 程 序 间 的 接 口 ． Ｓ设
／ ／ 卸载 例程人 口 Ｄ ｉｅＯ ｊｃ－ Ｄ ｉｅＵ ｌａ ＝Ｄ ｖ ｎｏｄ ｒ ｒ ｂｅｔ＞ ｒ ｒ ｎｏ ｄ ｖ ｖ ｒＵ ｌａ ；
４２ 分 发 例 程 ．
Ｗｉｄ ｗ 中把 对 设 备 的 操 作 抽 象 为 对 文 件 的 ｎｏ ｓ
第 １卷 ２
第 ｌ期 ｌ
Ｖｏ ．２ １１ ＮＯ １ ．１
２ ０ ｌ 月 ０１ 年 １
ＮＯ ．２ ｌ Ｖ ０Ｏ
ｄ ｉ ０３ ６ ／ ｉ ｎ１ ６ — ７ ５２ １ ．１ １ ｏ： ．９ ９ｊ ｓ ． ３ ４ ９ ．０ ０１ ． ８ １ ．ｓ ５ ０
ＵＢ Ｓ 设备驱动程序 的研究 与开发