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讲座日期: 本周六下午1点30分 抢座
讲座地点: 北大青鸟马甸校区
主讲老师: 王老师 金牌讲师
讲座主题: 网络安全
讲座内容: 检测、防御、黑客信息,如何过滤不安全的网站,如何防御黑客的进攻。
订座电话: 010-82011432/33
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嵌入式系统中USB驱动程序设计




  摘 要:本文介绍了Windows2000操作系统下,符合WDM模式的USB驱动程序的体系结构及处理流程,并以一个批量数据传输的实例详细介绍了如何编写USB驱动程序。

  关键词:USB;设备驱动程序;WDM模式

  引言

  USB是1995年康柏、微软、IBM, DEC等公司为了解决传统总线的不足,而推出的一种串行总线标准。该总线已经逐渐成为现代数据传输的发展趋势,被广泛地应用于PC机及嵌入式系统上。

  目前,虽然Windows2000提供有多种通用的USB驱动程序,但并不满足本嵌入式系统的设计需求,因此本系统采用W i n d o w s DDK(Device Driver Kit)开发工具,自行开发了基于WDM模型的USB设备功能驱动程序。

  USB驱动程序

  1.USB驱动程序体系结构

  运行在核心态的USB驱动程序是基于WIN32驱动程序模型WDM(Windows Driver Model)的,它采用分层驱动程序模型,由USB总线驱动程序和USB功能驱动程序两部分组成,总线驱动程序由操作系统提供,用户只需编写相应的功能驱动程序即可。

  2.处理流程

  因为I/O管理器把每一个设备对用户程序都抽象成文件,所以用户程序通过调用文件操作API函数就可以实现与驱动程序中某个设备的通信。
用户程序发送的请求由I/O管理器转换为具有不同主功能代码的IRP(I/O请求包)发送给功能驱动程序。功能驱动程序接收该IRP,在回调例程中根据 IRP中包含的具体操作代码,构造相应的URB(USB请求块,在DDK中有URB结构的定义),把它放到一个新的IRP中,并把这个新的IRP传递给 USB总线驱动程序。USB总线驱动程序根据IRP中所包含的URB执行相应操作,再将操作结果通过IRP返还给功能驱动程序。功能驱动程序接收此 IRP,将操作结果通过IRP返还I/O管理器。最后,I/O管理器将此IRP中的操作结果返回给应用程序。至此,应用程序对USB设备的一次I/O操作完成,其处理流程如图1所示。

  3.应用实例

  在本嵌人式系统中,硬件选用了Philips公司生产的USB2.0高速接口器件ISP1581,实现主机与嵌人式系统间的USB数据传输。

  为了适应各种USB外设的需要,USB提供了四种不同的传输类型。这里,为满足嵌入式系统与主机间大量、可靠的数据交换要求,数据传输选用批量传输方式。

  USB功能驱动程序的构成及实现

  本功能驱动程序主要由四个模块组成:初始化模块、I/O模块、即插即用管理模块和电源管理模块。另外,还有一个.INF文件用于驱动程序的安装。

  ★ 初始化模块

  在初始化模块中,包括有每一个设备驱动程序都有的一个初始化入口点:DriverEntry例程,每次设备驱动程序启动时该例程被系统自动调用,其最重要的功能是设置驱动程序对应于I/O请求的主功能代码(MajorFunction)的回调例程。DriverEntry例程如下所示:

  DriverEntry(IN PDRIVER_OBJECT DriverObject, …)
  //驱动程序人口
  {
    DriverObject->DriverExtension->AddDevice=AddDevice;
    DriverObject->DriverUnload=DriverUnload;
    DriverObject->MajorFunction[IRP_MJ_CREATE]=Create;
    DriverObject->MajorFunction[IRP_MJ_CLOSE]=Close;
    DriverObject->MajorFunction[IRP_MJ_READ]=Read;
    DriverObject->MajorFunction[IRP_MJ_WRITE]= Write;
    DriverObject->MajorFunction[IRP_MJ_DEVICE_CONTROL]=IoControl;
    DriverObject->MajorFunction[IRP_MJ_PNP]=Pnp;
    DriverObject->MajorFunction[IRP_MJ_POWER]=ProcessPowerIrp;
  }

  初始化模块中还包括有Create和Close两个例程,这是Win32程序获得和释放设备句柄的唯一途径;AddDevice例程在系统添加一个设备时被PnP管理器调用,其主要工作是创建并初始化设备对象;DriverUnload例程在系统卸载硬件时使用,由I/O管理器调用,释放所有资源。

  ★ I/O模块
  
  I/O模块由读写例程Read、Write和设备控制例程IoControl构成。

  · 读写例程

  读写两个例程用于实现批量数据传输。通过设置urb->UrbBulkOrInterruptTransfer. TransferFlags标志位可以决定数据流向,因此将它们放在同一个例程中。读写例程主要处理流程如下:

  (1)调用IoGetCurrentIrpStackLocation(),获得指向自身I/O堆栈单元的指针;
  (2)使用构造宏UsbBuildInterruptOrBulkTransferRequest(),构造一个URB_BULK_OR_INTERRUPT_TRANSFERURB类型的URB结构;
  (3)调用IoGetNextlrp StackLocation()获得下一层驱动程序的I/O堆栈单元位置,并传递构造好的URB;
  (4)调用IoSetCompletionRoutine(),将一个I/O完成例程与IRP关联;
  (5)调用IoCallDriver() ,将请求传递给下层驱动程序处理。

  · IoControl例程

  用户程序使用DeviceIoControl函数传递一个称为I/O控制代码(IOCTL)的32位长度的参数,I/O管理器将IOCTL放在IRP 的  Parameters.DeviceIoControl.IoControlCode域中,在功能驱动程序中由IoControl例程使用该参数确定应执行的功能。

  IOCTL值由CTL_CODE宏生成,CTL_CODE宏有四个宏参数。在本驱动程序中定义了两个IOCTL,分别用于复位管道和向USB固件发送一次批量传输字节数。IoControl例程对这两个IOCTL的处理流程与上面的读写例程类似,这里就不再赘述。

 

 

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