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1、流微型驱动开发指南注意：本节详述了已经过时的 Stream.sys 类驱动。随着 Microsoft Windows XP 的正式发布， Microsoft建议硬件制造商考虑使用下一代Class模型AVStream来开发新的，非音频多媒体驱动程序。相关细节可参看AVStream Overview一章。Microsoft现在只对Stream.sys 提供基本的支持。如果你要开发一个音频Minidriver，请参看Audio Miniport Drivers一章。很多种设备都通过提供流式Minidriver来得到(操作系统的)支持。尤其是视频捕捉设备， 譬如数码相机和DVD播放机，它们都是通过提供
2、流式Mini driver来获得支持的，类似的还有外 部音频设备。更多介绍可参考Video Capture Mi nidriver Design Guide和Ven dor-Supplied DVD Drivers。流 Minidriver 支持内核流。在此我假定本文的读者已经熟悉了内核流的相关基本概念。如果 你不明白，请先阅读Kernel Stream ing Overview设计 Stream Class Driver 的目的，就是通过处理许多和操作系统进行交互的细节，来使流 式设备驱动的开发更加简单。Minidriver 让 Stream Class Driver代表它处理同步问题。举个
3、例子，Stream Class Driver可 以为Minidriver随意地串行化I/O请求。通过让Class Driver为它处理同步问题，Minidriver可 以做到多处理器平台安全，但是代码却是不可重入的。这样很适合后端(low-e nd)到中端(medium-e nd)的硬件。Class Driver会自动对文件操作进行同步。例如，通过互斥体(Mutex)、信号量(Semaphores) 或者事件(Eve nt),打开流和打开设备的操作可以被正确地串行化，无需Mi ni driver的参与。Class Driver从Minidriver中抽象了内核流的具体实现细节。Class Dr
4、iver 处理所有和 PnP 管理器之间的交互动作。例如：Class Driver 代表 Minidriver 创建功能性设备对象( Functional device object)。Class Driver管理资源设置(如翻译端口地址，翻译并映射内存范围，连接中断)Class Driver 处理 PnP IRP 包。比如 IRP_MN_START_DEVICE, or IRP_MN_STOP_DEVICE。所有的低级缓冲区管理也是由Class Driver完成的。如果必要的话，分配DMA适配器对象。映射缓冲区，并为DMA创建scatter/gather列表。为DMA和PIO正确锁定并回写(
5、Locking and flushing)缓冲区所有的IO控制码的正确性验证也是由Class Driver完成的。Class Driver 通过看门狗定时器为所有的请求打上时间戳。Minidriver自己并不创建设备对象，它在必要的时候可以分享Class Driver的设备对象。这 样可以节约对系统资源占用。每个适配器只创建一个设备对象。而适配器所支持的MulitipleSubDevice(称为流，Stream) 则用 WDM Streaming Pins 来描述。一、Class Driver 和 Minidriver 的定义Class Driver是由微软提供的一种中间驱动(或称媒介驱动)，
6、用来在硬件厂商提供的 Minidriver和操作系统之间提供一个简单的接口。Minidriver是一个硬件相关的DLL，它通过函 数调用的方式，使用微软提供的Class Driver来完成大部分动作，它只提供和设备紧密相关的控 制。在WDM模型中，Minidriver向Class Driver注册所有和它相关联的硬件适配器(Hardware Adapter)，然后Class Driver会创建一个文件对象(File Object)来描述向它注册的每个适配器。 Minidriver使用Class Driver的设备对象(Device Object)来进行系统调用。用户态的客户代码 可通过 WDM
7、 流(WDM Streaming)访问 Class DriveroClass Driver 和 Minidriver 之间的交互包括： Mini driver并不创建它自己的设备对象(Device Object),而是在必要的时候共享Class Driver 的设备对象，这样可以节约系统资源。每个适配器(Adapter)只能创建一个设备对象。而适配器所支持的MulitipleSubDevice (称为流,Stream)则用 WDM Streaming Pins 来描述。二、Stream Class和 Minidriver之间的接口流类接口( Stream Class In terface)主要
8、由介于Class Driver和Mi nidriver之间的一系列的 函数调用组成。Class Driver对请求的流程(Request Flow)进行控制，当有必要对适配器硬件 进行存取时，它就调用适配器的Minidriver。Class Driver还负责对多处理器和中断同步作出响应。 当 Class Driver 和 Minidriver 都初始化完毕之后， Minidriver 将处于一个被动的地位，它只能被 Class Driver所调用，而绝大多数的调用都是非常低级的服务请求。对Mi nidriver来说，对命令和信息(Comma nds and In formation )进行控
9、制的最基本的机 制就是流请求块(Streaming Request Block)o每个Minidriver都有一系列的SRB来对其某个 特定的功能进行访问，而且一般说来，设备所支持的每种数据流都有相应的SRB与之对应。这 些信息(SRB)通过操作系统控制的DMA缓冲区(它是一个环形队列)传递给设备。一个SRB由一个命令码字段，以及与该命令码相关联的其他数据所组成。结构体 HW_STREAM_REQUEST_BLOCK包含了和特定的SRB相关的所有信息。我们常常把这个结构体 就简称为SRB，它体内还包含了一些作为对命令码的补充信息的其他参数。结构体 HW_STREAM_REQUEST_BLOCK
10、 的定义如下：typedefstruct _HW_STREAM_REQUEST_BLOCKULONGSizeOfThisPacket;SRB_COMMANDCommand;NTSTATUSStatus;PHW_STREAM_OBJECTStreamObject;PVOIDHwDeviceExtension;PVOIDSRBExtension;union _CommandDataPKSSTREAM_HEADERDataBufferArray;PHW_STREAM_DESCRIPTORStreamBuffer;KSSTATEStreamState;PSTREAM_PROPERTY_DESCRIPT
11、ORPropertyInfo;PKSDATAFORMATOpenFormat;struct _PORT_CONFIGURATION_INFORMATION * ConfigInfo;HANDLEMasterClockHandle;DEVICE_POWER_STATEDeviceState;PSTREAM_DATA_INTERSECT_INFOIntersectInfo; CommandData;ULONGNumberOfBuffers;ULONGTimeoutCounter;ULONGTimeoutOriginal;struct _HW_STREAM_REQUEST_BLOCK*NextSRB
12、;PIRPIrp;ULONGFlags;PVOIDHwInstanceExtension;unionULONG NumberOfBytesToTransfer;ULONG ActualBytesTransferred;ULONGNumberOfPhysicalPages;ULONGReserved2; HW_STREAM_REQUEST_BLOCK, *PHW_STREAM_REQUEST_BLOCK;关于对以上其他参数的解释，参见 DDK 文档，这里不再赘述。下图解释了流类(Stream Class)和Minidriver在初始化时所进行的交互动作。初始化适配器所有的流式 Minidrive
13、r 函数并不一定非要和 Minidriver 的中断服务例程( Interrupt Service Routine, ISR)同步，因而Minidriver的代码是不可重入的(Non-re-entrant,相应的概念叫做 可重入代码，又叫做纯代码。关于可重入代码的概念，请参考西电版操作系统教材)，亦即，当 Minidriver正在执行一个线程的时候，不能再调用Minidriver内其他任何函数，包括中断服务例 程在内。这种非可重入的特性即便在支持多处理器的Windows NT/2000系统下也是存在的，这 样可以令Minidriver编写起来更加方便。为了达到这样的特性，流类驱动(Stream
14、 Class Driver) 会在 Minidriver 体内任何例程被执行时，通过内核例程 KeSynchronizeExecution 屏蔽 Streaming Minidriver的中断请求IRQ (和所有低优先级的IRQ)。如果想了解更多关于同步的信息，请参 看MiniDriver同步一章。Streaming Minidriver可以在必要的时候调用WDM系统服务。但是， Minidriver 自己并没有设备对象，他是利用 ClassDriver 的设备对象来完成系统调用的。绝大多数 Minidriver是不需要进行WDM系统调用的，因为几乎所有必要的功能都已经被Class Drive
15、r所 涵盖了，没有必要直接进行系统调用。必须知道的是，当进行WDM系统服务调用时，所有的Mini driver的入口点都会在高于 DISPATCH_LEVEL的中断优先级下被调用(注意不包括DISPATCH_LEVEL中断优先级)。但有 一个例外，那就是 StreamClassCallAtNewPriority 例程，此函数允许在 DISPATCH_LEVEL或 PASSIVE_LEVEL 中断优先级上进行系统服务调用，具体哪个优先级取决于调用时所指定 的优先级别。如果要一劳永逸地修改这个对IRQL的调用限制，可以通过把 HW_INITIALIZATION_DATA 结构体中的 BOOL 型成员变量 TurnOffSynchronization 简单置为 TRUE 来实现之。MlnidrivujrStream ClassDrhrer Entry(TM PVQ畑山肿厶 IN PVDIP电阳响闵HW_IKlTAUZAn0N_DATAIII StreamClass-R cgi sterM I n Drl-ver()1. PnP-Y1.45il.KT(. :. . ; hlir-zldrivcrOnvefErrtrv1.2.Minidrwef :rfW INTn
