wdm driver import concept

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#import #任务 #io #通讯 #x86

本文围绕驱动程序展开，介绍了缓冲的I/O与直接I/O的设置及数据交换方式，还提及驱动程序设置定时器的两种方法。同时阐述了I/O请求包、DPC、驱动程序对象、设备对象、中断对象等的创建及作用，以及推迟过程调用机制以提升系统性能。

缓冲的I/O与直接I/O

    在驱动程序创建了一个设备对象后，可以通过设置该设备对象(DeviceObject)的Flags域的值,通过该值可以将设备设置成缓冲的I/O或直接的I/O。
    如果该值被设为DO_BUFFERED_IO，每当I/O管理器收到一个读写请求，就在内存的非分页区分配一块与用户区大小相同的区域，并将首指针存放于Irp对象的AssociatedIrp.SystemBuffer中，驱动程序就通过这个缓冲区与用户交换数据。每当一个读请求被完成时I/O管理器自动将该缓冲区中的内容复制到用户区，并释放该区域。
    如果用户区大于一页（在80x86上为4096字节），一般将该值设为DO_DIRECT_IO。这时每当I/O管理器收到一个读写请求，先锁定用户区的物理内存，然后为其创建一个内存描述表（MDL）,并将该表的首指针存放于Irp对象的MdlAddress中，驱动程序可以通过调用MmGetSystemAddressForMdl获得用户区在系统空间中的地址。每当一个读请求被完成时I/O管理器自动将该区域解锁。

定时

为了防止当设备出现某种故障时导致读写请求超时，或需要定时轮询某些设备的状态，驱动程序需要设置一些定时器。驱动程序中有两种方法可以设置定时器。一种是调用IoInitializeTimer将一个定时器过程IoTimer与一个设备对象联系起来。在调用IoStartTimer后，系统将每一秒钟调用一次IoTimer，直至驱动程序调用IoStopTimer。如果需要设置更小间隔的定时器，需要用到被称为CustomTimerDpc的一种推迟过程调用机制。它可以设置系统每隔一定时间将一个设置好的DPC对象放到DPC队列的末尾，执行一个指定的定时器Dpc过程。这个时间间隔可以精确到100ns。

I/O请求包（IRP）

I/O管理器每收到一个来自用户的请求就创建一个该结构，并将其作为参数传给驱动程序的DispatchXxx、StartIo过程。该结构中存放有请求的类型，用户缓冲区的首地址，用户请求数据的长度等信息。驱动程序处理完这个请求后，也在该结构中添入处理结果的有关信息，调IoCompleteRequest将其返回给I/O管理器，用户程序的请求随即返回。

DPC

当驱动程序中要用到Dpc过程时，需要创建该对象。

驱动程序对象（DriverObject）

该对象在驱动程序被启动时由I/O管理器创建(IoCreateDevice)，保存有该程序处理各种请求的过程入口、该程序所驱动的全部设备对象的链表等。

设备对象（DeviceObject）

每发现一个可以驱动的设备，驱动程序调用IoCreateDevice创建一个该对象。该对象有一个指针DeviceExtension指向一块由驱动程序定义的结构，其中保存有关此设备的如端口号，中断向量等全部信息。

中断对象（Interrupt）

该对象在驱动程序调用IoConnectInterrupt时创建，存有中断及处理的过程的信息。
当一个中断发生时，I/O管理器用它寻找对应的处理过程。

推迟过程调用（Deferred Procedure Call）

由于中断处理过程运行于较高的DIRQL级，它们能屏蔽许多级别小于或等于它们的过程的执行，如果它们占用CPU时间过长，很容易使系统性能下降。因此中断处理过程应将一些不是很紧急的任务放在被称为Dpc的过程中，在完成数据传输等紧急任务后将一个DPC对象放在系统DPC队列的末尾，然后退出，尽量早地让出CPU。系统将在完成所有DIRQL级的任务后处理DPC队列，在DISPATCH_LEVEL执行每一个DPC 对象指定的Dpc过程，完成中处理断过程未尽的任务。

USB术语介绍

usb

通用串行总线（Universal Serial Bus）是由Intel Compag Mirosoft等公司在1994年开始制定的，1996年发布了USB1.0的规范。1999年发布了USB2.0的规范。USB提出的目的是提供一种新的具有高速、低耗、即插即用（Plug&Play）、使用方便的串行总线接口。

端点

USB设备在主机看来是一个个端点的集合。主机只能通过端点与设备进行通讯，以使用设备的功能。每个端点可以理解为一个一定大小的数据缓冲区，这些端点在设备出厂时就已经定义耗。在USB系统中，每个端点都有唯一的一个地址，这是由设备地址和端点号决定的。每个端点都有一定的特性，包括：传输方式、总线访问频率、带宽、端点号、数据包的最大容量等。端点必须在设备配置后才能生效（端点0除外）。

管道

驱动程序的一个数据缓冲区与一个外设端点的连接，它代表了一种在两者之间进行数据移动的能力。一旦设备被配置好，管道就存在了。管道有2种类型，数据流管道（其中的数据没有USB定义的结构）与消息管道（其中的数据遵循USB定义的结构）。管道是一个逻辑上的概念。

总线枚举

USB设备可以即插即用，但是在可以使用之前必须进行配置。一旦设备连接到USB节点上，USB就产生一系列的操作，来完成对设备的配置，这种操作被称为总线枚举过程。