毕业设计论文usb接口通信(驱动)的设计与实现

引言

WDM是“Windows驱动程序模型”的简称，即“Windows Driver Model”。实际上它是一系列集成在操作系统之中的常规系统服务集，用于简化硬件驱动程序的编写，并保证它们在Windows 98/Me/2000中的二进制兼容，WDM（Windows Driver Model）模型是从WinNT3.51和WinNT4的核模式设备驱动程序发展而来的。WDM主要的变化是增加了对即插即用、电源管理、Windows Management Interface(WMI)、设备接口的支持。WDM 模型的主要目标，是实现能够跨平台使用、更安全、更灵活、编制更简单的Windows设备驱动程序。WDM采用了“基于对象”的技术，建立了一个分层的驱动程序结构。WDM 首先在Windows98中实现，在Windows2000中得到了进一步的完善，并在后续开发的Windows操作系统中都将存在，比如Windows Me和Windows XP。微软在通过WDM模型的引入，希望减轻设备驱动程序的开发难度和周期，逐渐规设备驱动程序的开发，应该说，WDM将成为以后设备驱动程序的主流。

USB技术的全称是通用串行总线，是英文Universal Serial Bus的缩写。它是一种应用在PC领域的新型接口技术，虽然USB2.0已经被广泛应用，但是初始的Windows 2000是支持USB1.0协议的，如果希望支持USB2.0协议，需要在微软上下载升级包。实际上，对于键盘或者鼠标来说，传输的速度非常小，使用USB1.0或者是USB2.0的区别并不大。闪存盘之类的存储设备，则需要重视传输速度。USB1.0版本主要应用在鼠标，键盘等HID设备上，这就是本驱动程序中引用的头文件版本是USB1.0的原因。

本毕业设计的目的是希望对Windows 2000操作系统体系结构和驱动程序开发以及调试等方面的问题有一个比较深入的了解，对USB协议和USB体系有做一个比较深入的了解。并开发出一个USB键盘驱动。这个USB键盘驱动程序应当可以替代系统原有的键盘驱动程序，并可以正常工作。

本论文设计的驱动程序在Windows 2000下运行，开发环境为VC6.0和DDK2000。

1 WDM驱动程序模型概述

驱动程序在任何操作系统下都和系统核有着密切的关系。设备驱动程序是一个包含

了许多操作系统可调用例程的容器，这句Walter Oney曾说过的话，抽象的描述了设备

驱动程序的本质。

1.1 Windows 2000概述

图1－1中概括了Windows 200系统中的组件，Windows 2000操作系统是由不同层

次的模块共同组成的。该图着重描述了驱动程序开发者所关心的特征。工作在Windows

2000操作系统平台上的软件要么执行在用户模式中，要么执行在核模式中。当用户模式

程序需要读取设备数据时，就调用Win32 API函数，如ReadFile. Win32子系统模块通

过调用平台相关的系统服务接口实现API，而平台相关的系统服务将调用核模式支持例

程。在ReadFile调用中，调用首先到达系统DLL(NTDLL.DLL)中的一个入口点，

NtReadFile函数。然后这个用户模式的NtReadFile函数接着调用系统服务接口，最后

由系统服务接口调用核模式中的服务例程，该例程同样名为NtReadFile。

图1－1 Windows组件模型

系统中还有许多与NtReadFile相似的服务例程;它们同样运行在核模式中，为应用程序请求提供服务，并以某种方式与设备交互。这些服务例程首先检查从用户态传递给它们的参数以保护系统安全或防止用户态程序非法存取数据，然后创建一个称为“I/0请求包(IRP)”的数据结构，并把这个数据结构送到某个驱动程序的入口点。

驱动程序完成一个I/0操作后，通过调用一个特殊的核模式服务例程来完成该IRP。完成操作是处理IRP的最后动作，它使等待的应用程序恢复运行。

1.2 Windows 2000中的驱动程序类型

图1－2 Windows 2000中的设备驱动程序种类

Windows 2000系统可以使用多种驱动程序，图1-2显示了其中几种。

·虚拟设备驱动程序(VDD)可以使DOS应用程序访问x86平台上的硬件。VDD通过屏蔽I/O权限掩码来捕获端口存取操作，它基本上是模拟硬件操作，这对于那些直接对裸机硬件编程的应用程序特别有用。尽管这种驱动程序在Windows 98和Windows 2000中共享一个名称并且有相同的功能，但实际上它们的工作方式完全不同。我们用VDD缩写代表这种驱动程序，用VxD缩写代表Windows 98中的虚拟设备驱动程序以示区别。

核模式驱动程序的分类包含许多子类。PnP驱动程序就是一种遵循Windows 2000

即插即用协议的核模式驱动程序。

·WDM驱动程序是一种PnP驱动程序，它同时还遵循电源管理协议，并能在Windows98和Windows 2000间实现源代码级兼容。WDM驱动程序还细分为类驱动程序(classdriver)和微型驱动程序(minidriver)，类驱动程序管理属于己定义类的设备，微型驱动程序向类驱动程序提供厂商专有的支持。

·显示驱动程序是用于显示和打印设备的核模式驱动程序。

·文件系统驱动程序在本地硬盘或网络上实现标准PC文件系统模型(包括多层次目录结构和命名文件概念)。

·遗留设备驱动程序也是一种核模式驱动程序，它直接控制一个硬件设备而不用其它驱动程序帮助。这种驱动程序主要包括Windows NT早期版本的驱动程序，它们可以不做修改地运行在Windows 2000中。

1.3 WDM驱动程序类型

WDM（Windows Driver Model）模型是从WinNT3.51和WinNT4的核模式设备驱动程序发展而来的。WDM主要的变化是增加了对即插即用、电源管理、Windows Management Interface(WMI)、设备接口的支持。WDM模型的主要目标，是实现能够跨平台使用、更安全、更灵活、编制更简单的Windows设备驱动程序。WDM采用了“基于对象”的技术，建立了一个分层的驱动程序结构。WDM首先在Windows98中实现，在Windows2000中得到了进一步的完善，并在后续开发的Windows操作系统中都将存在，比如Windows Me 和Windows XP。微软在通过WDM模型的引入，希望减轻设备驱动程序的开发难度和周期，逐渐规设备驱动程序的开发，应该说，WDM将成为以后设备驱动程序的主流。

在WDM模型中，每个硬件设备至少有两个驱动程序：一个功能驱动程序（function driver）和一个总线驱动程序（bus driver）。一个设备还可能有过滤驱动程序（filter driver），用来变更标准设备驱动程序的行为。这些服务于同一个设备的驱动程序组成了一个链表，称为设备栈。详细的描述见图1-3。

图1-3驱动程序的种类

总线驱动程序

总线驱动程序为实际的I／O总线服务，比如IEEE 1394。在WDM的定义中，一个总线是这样的设备，它用来连接其他的物理的、逻辑的、虚拟的设备。总线包括传统的总线SCSI和PCI，也包括并口、串口、以及i8042端口。微软已经为Windows操作系统提供了总线驱动程序。总线驱动程序已经包含在操作系统里了，用户不必安装。一个总线驱动程序负责以下的工作：

·枚举总线上的设备；

·向操作系统报告总线上的动态事件；