原文出处:http://www.cnblogs.com/jacklu/p/4687325.html

如果你觉得这篇博客对你的项目有用,请引用以下论文:

Meng Shengwei, Lu Jianjie. Design of a PCIe Interface Card Control Software Based on WDF. Fifth International Conference on Instrumentation and Measurement, Computer, Communication and Control. IEEE, 2016:767-770.

本篇文章将对PCIe驱动程序的部分源文件代码作详细解释与说明。完整代码,有偿提供~整个WDF驱动程序工程共包含4个头文件(已经在上篇文章中讲解)和3个.c文件(Driver.c  Device.c   Queue.c)

Driver.c

在看复杂的代码前,先给出程序流程图

 #include "driver.h"
#include "driver.tmh" #ifdef ALLOC_PRAGMA
#pragma alloc_text (INIT, DriverEntry)
#pragma alloc_text (PAGE, Spw_PCIeEvtDeviceAdd)
#pragma alloc_text (PAGE, Spw_PCIeEvtDriverContextCleanup)
#endif NTSTATUS
DriverEntry(
IN PDRIVER_OBJECT DriverObject,
IN PUNICODE_STRING RegistryPath
)
{
WDF_DRIVER_CONFIG config;
//WDFDRIVER driver;//????
NTSTATUS status = STATUS_SUCCESS;
WDF_OBJECT_ATTRIBUTES attributes; //
// Initialize WPP Tracing
//
WPP_INIT_TRACING( DriverObject, RegistryPath ); TraceEvents(TRACE_LEVEL_INFORMATION, TRACE_DRIVER, "%!FUNC! Entry"); //
// Register a cleanup callback so that we can call WPP_CLEANUP when
// the framework driver object is deleted during driver unload.
// WDF_OBJECT_ATTRIBUTES_INIT(&attributes); attributes.EvtCleanupCallback = Spw_PCIeEvtDriverContextCleanup; WDF_DRIVER_CONFIG_INIT(&config,
Spw_PCIeEvtDeviceAdd
); status = WdfDriverCreate(DriverObject,
RegistryPath,
&attributes,
&config,
WDF_NO_HANDLE
); if (!NT_SUCCESS(status)) {
TraceEvents(TRACE_LEVEL_ERROR, TRACE_DRIVER, "WdfDriverCreate failed %!STATUS!", status);
WPP_CLEANUP(DriverObject);
return status;
} TraceEvents(TRACE_LEVEL_INFORMATION, TRACE_DRIVER, "%!FUNC! Exit"); return status;
} NTSTATUS
Spw_PCIeEvtDeviceAdd(
_In_ WDFDRIVER Driver,
_Inout_ PWDFDEVICE_INIT DeviceInit
)
{
NTSTATUS status = STATUS_SUCCESS;
WDF_PNPPOWER_EVENT_CALLBACKS pnpPowerCallbacks;
WDF_OBJECT_ATTRIBUTES deviceAttributes;
WDFDEVICE device;
PDEVICE_CONTEXT deviceContext; WDFQUEUE queue;
WDF_IO_QUEUE_CONFIG queueConfig; /*+++++Interrupt
WDF_INTERRUPT_CONFIG interruptConfig;
-----*/
// WDF_IO_QUEUE_CONFIG ioQueueConfig; UNREFERENCED_PARAMETER(Driver); PAGED_CODE(); //采用WdfDeviceIoDirect方式
WdfDeviceInitSetIoType(DeviceInit, WdfDeviceIoDirect);//WdfDeviceIoBuffered???重要吗?
//When the I/O manager sends a request for buffered I/O, the IRP contains an internal copy of the caller's buffer
//rather than the caller's buffer itself. The I/O manager copies data from the caller's buffer to the internal buffer
//during a write request or from the internal buffer to the caller's buffer when the driver completes a read
//request.
//The WDF driver receives a WDF request object, which in turn contains an embedded WDF memory object.
//The memory object contains the address of the buffer on which the driver should operate. // status = Spw_PCIeCreateDevice(DeviceInit); //初始化即插即用和电源管理例程配置结构
WDF_PNPPOWER_EVENT_CALLBACKS_INIT(&pnpPowerCallbacks); //设置即插即用基本例程
pnpPowerCallbacks.EvtDevicePrepareHardware = Spw_PCIeEvtDevicePrepareHardware;
pnpPowerCallbacks.EvtDeviceReleaseHardware = Spw_PCIeEvtDeviceReleaseHardware;
pnpPowerCallbacks.EvtDeviceD0Entry = Spw_PCIeEvtDeviceD0Entry;
pnpPowerCallbacks.EvtDeviceD0Exit = Spw_PCIeEvtDeviceD0Exit; //注册即插即用和电源管理例程
WdfDeviceInitSetPnpPowerEventCallbacks(DeviceInit, &pnpPowerCallbacks); WDF_OBJECT_ATTRIBUTES_INIT_CONTEXT_TYPE(&deviceAttributes, DEVICE_CONTEXT); //deviceAttributes.EvtCleanupCallback = Spw_PCIeEvtDriverContextCleanup;
//
// Set WDFDEVICE synchronization scope. By opting for device level
// synchronization scope, all the queue and timer callbacks are
// synchronized with the device-level spinlock.
//
deviceAttributes.SynchronizationScope = WdfSynchronizationScopeDevice; status = WdfDeviceCreate(&DeviceInit, &deviceAttributes, &device);
if (!NT_SUCCESS(status)) {
return status;
}
deviceContext = GetDeviceContext(device);///????
//deviceContext->Device = device;
//
// 初始化Context这个结构里的所有成员.
//
//deviceContext->PrivateDeviceData = 0;
/*++++++Interrupt & DMA
//设置中断服务例程和延迟过程调用
WDF_INTERRUPT_CONFIG_INIT(&interruptConfig,
PCISample_EvtInterruptIsr,
PCISample_EvtInterruptDpc); //创建中断对象
status = WdfInterruptCreate(device,
&interruptConfig,
WDF_NO_OBJECT_ATTRIBUTES,
&pDeviceContext->Interrupt);
if (!NT_SUCCESS (status)) {
return status;
} status = InitializeDMA(device); if (!NT_SUCCESS(status)) {
return status;
}
-----*/
//WDF_IO_QUEUE_CONFIG_INIT_DEFAULT_QUEUE(&queueConfig, WdfIoQueueDispatchSequential);
//Initialize the Queue
// queueConfig.EvtIoDefault = Spw_PCIeEvtIoDefault;
// queueConfig.EvtIoWrite = Spw_PCIeEvtIoWrite;
//queueConfig.EvtIoRead = Spw_PCIeEvtIoRead;
// queueConfig.EvtIoStop = Spw_PCIeEvtIoStop;
//The driver must initialize the WDF_IO_QUEUE_CONFIG structure
//by calling WDF_IO_QUEUE_CONFIG_INIT or WDF_IO_QUEUE_CONFIG_INIT_DEFAULT_QUEUE.
//用default初始化default 队列,用另一个初始化非default队列
WDF_IO_QUEUE_CONFIG_INIT(
&queueConfig,
WdfIoQueueDispatchSequential
); queueConfig.EvtIoDeviceControl = Spw_PCIeEvtIoDeviceControl; status = WdfIoQueueCreate(device, &queueConfig, WDF_NO_OBJECT_ATTRIBUTES, &queue);
if (!NT_SUCCESS(status)) {
return status;
} //对于非默认队列,必须指定要分发的I/O请求类型
//The WdfDeviceConfigureRequestDispatching method causes the framework to queue a specified type of I/O requests to a specified I/O queue.
status = WdfDeviceConfigureRequestDispatching(
device,
queue,
WdfRequestTypeDeviceControl
);
if (!NT_SUCCESS(status)) {
return status;
}
//创建驱动程序接口与应用程序通信
status = WdfDeviceCreateDeviceInterface(
device,
(LPGUID)&GUID_DEVINTERFACE_Spw_PCIe,
NULL // ReferenceString
);
if (!NT_SUCCESS(status)) {
return status;
}
/*
if (NT_SUCCESS(status)) {
//
// Initialize the I/O Package and any Queues
//
status = Spw_PCIeQueueInitialize(device);
}
*/
//deviceContext->MemLength = MAXNLEN; //TraceEvents(TRACE_LEVEL_INFORMATION, TRACE_DRIVER, "%!FUNC! Exit"); return status;
} VOID
Spw_PCIeEvtDriverContextCleanup(
_In_ WDFOBJECT DriverObject
)
/*++
Routine Description: Free all the resources allocated in DriverEntry. Arguments: DriverObject - handle to a WDF Driver object. Return Value: VOID. --*/
{
UNREFERENCED_PARAMETER(DriverObject); PAGED_CODE (); TraceEvents(TRACE_LEVEL_INFORMATION, TRACE_DRIVER, "%!FUNC! Entry"); //没有必要清除WDFINTERRUPT对象,因为框架会自动清除
// Stop WPP Tracing
//
WPP_CLEANUP( WdfDriverWdmGetDriverObject(DriverObject) ); }

4-8行是做一些预处理,驱动程序开发中,需要为每个函数指定位于分页内存还是非分页内存。INIT标识是指此函数为入口函数,驱动成功加载后可以从内存删除。PAGE标识是指此函数可以在驱动运行时被交换到硬盘上,如果不指定,将被编译器默认为非分页内存。

11-58行定义了DriverEntry函数,每个 KMDF 驱动程序必须有一个 DriverEntry 例程,当操作系统检测到有新硬 件设备插入后,会查找它对应的驱动程序,找到这个驱动程序中的 DriverEntry 例程。DriverEntry 是驱动程序的入口,它相当于 C 语言程序里的 main 函数。 DriverEntry 例程的原型声明如下:

 NTSTATUS DriverEntry( IN PDRIVER_OBJECT DriverObject, IN PUNICODE_STRING RegistryPath ) ;

函数返回类型 NTSTATUS 是 WDF 中的一个宏,它实际上是一个 32 位的二进制数,不同的数值表示不同的状态,在 PCIe 设备驱动程序开发中,需要用到的状态有: STATUS_SUCCESS、 STATUS_PENDING、 STATUS_UNSUCCESSFUL, 分 别表示例程回调成功、 例程回调未完成、 例程回调失败。在传入参数里, IN 是一 个宏, 代表这个参数为入口参数,这与例程编写无关,只是为了让开发者能够更 容易的知道参数特性,其中 OUT 表示出口参数。关于参数标识, 还有另一种写法, 即_In_和_Out_, 两种写法对回调例程的编写都没影响。

DriverEntry 的第一个参数是一个指向驱动程序对象的指针, 该对象就代表驱 动程序。 在 DriverEntry 例程中, 应该完成对这个对象的初始化并返回。 DriverEntry 的第二个参数是设备驱动对应服务键在注册表中的路径。DriverEntry 例程需要完成的任务主要包括:

  • 激活 WPP( Windows software trace preprocessor)软件调试,为可选任务;(对应代码25-27行)
  • 注册驱动程序的 EvtDriverDeviceAdd 回调函数;(对应代码38-40行)
  • 创建一个驱动程序对象, 向框架“注册”驱动程序;(对应代码42-53行)

61-206行定义了EvtDriverDeviceAdd函数。每个支持即插即用的 KMDF 驱动程序必须有 EvtDriverDeviceAdd 回调例程, 每次操作系统枚举设备时, PnP 管理器就调用这个回调例程。 EvtDriverDeviceAdd 例程的主要任务包括:

  • 创建并初始化设备对象和相应的上下文区(122-126行);
  • 设置传输方式(86行)、 初始化即插即用和电源管理配置结构(99行), 注册即插即用和电源管理例程(101-108行);
  • 初始化队列配置结构(162-165行), 注册 I/O 处理例程(167行), 创建 I/O 队列(170行), 指定要分发的 I/O 请求类型(177-184行), 创建 GUID 接口(185-194行)。

EvtDriverDeviceAdd 例程的原型声明如下:

EvtDriverDeviceAdd( IN WDFDRIVER Driver, IN PWDFDEVICE_INIT DeviceInit ) ; 

DeviceInit 指向 KMDF 自定义的一个结构体, 它在设置传输方式、 注册即插即 用和电源管理例程、 创建设备对象这些任务中起着传递重要数据的作用。

209-239行定义了EvtDriverContextCleanup函数。EvtDriverContextCleanup 回调例程用来删除设备和回收操作系统分配给设备 的资源。对于即插即用设备,当手动拔出设备后, PnP 管理器会自动识别并删除设 备 , 之 后 Windows 操作系统会自动回收资源 , 所 以 设 计 者 无 需 编 写 EvtDriverContextCleanup 例程。

Device.c

 #include "driver.h"
#include "device.tmh" #pragma warning(disable:4013) // assuming extern returning int
#ifdef ALLOC_PRAGMA #pragma alloc_text(PAGE, Spw_PCIeEvtDevicePrepareHardware)
#pragma alloc_text(PAGE, Spw_PCIeEvtDeviceReleaseHardware)
#pragma alloc_text(PAGE, Spw_PCIeEvtDeviceD0Entry)
#pragma alloc_text(PAGE, Spw_PCIeEvtDeviceD0Exit) #endif NTSTATUS
Spw_PCIeEvtDevicePrepareHardware(
IN WDFDEVICE Device,
IN WDFCMRESLIST ResourceList,
IN WDFCMRESLIST ResourceListTranslated
)
{
ULONG i;
NTSTATUS status = STATUS_SUCCESS;
PDEVICE_CONTEXT pDeviceContext; PCM_PARTIAL_RESOURCE_DESCRIPTOR descriptor;//record the Hareware resource that OS dispatched to PCIe
/*
在Windows驱动开发中,PCM_PARTIAL_RESOURCE_DESCRIPTOR记录了为PCI设备分配的硬件资源,
可能有CmResourceTypePort, CmResourceTypeMemory等,
后者表示一段memory地址空间,顾名思义,是通过memory space访问的,
前者表示一段I/O地址空间,但其flag有CM_RESOURCE_PORT_MEMORY和CM_RESOURCE_PORT_IO两种,
分别表示通过memory space访问以及通过I/O space访问,这就是PCI请求与实际分配的差异,
在x86下,CmResourceTypePort的flag都是CM_RESOURCE_PORT_IO,即表明PCI设备请求的是I/O地址空间,分配的也是I/O地址空间,
而在ARM或Alpha等下,flag是CM_RESOURCE_PORT_MEMORY,表明即使PCI请求的I/O地址空间,但分配在了memory space,
我们需要通过memory space访问I/O设备(通过MmMapIoSpace映射物理地址空间到虚拟地址空间,当然,是内核的虚拟地址空间,这样驱动就可以正常访问设备了)。
*/
PAGED_CODE(); // UNREFERENCED_PARAMETER(Resources);//告诉编译器不要发出Resources没有被引用的警告 pDeviceContext = GetDeviceContext(Device);
pDeviceContext->MemBaseAddress = NULL;
pDeviceContext->Counter_i = ;
//get resource
for (i = ; i < WdfCmResourceListGetCount(ResourceListTranslated); i++) { descriptor = WdfCmResourceListGetDescriptor(ResourceListTranslated, i);
//if failed:
if (!descriptor) {
return STATUS_DEVICE_CONFIGURATION_ERROR;
} switch (descriptor->Type) { case CmResourceTypeMemory:
//MmMapIoSpace将物理地址转换成系统内核模式地址
if (i == ){
pDeviceContext->PhysicalAddressRegister = descriptor->u.Memory.Start.LowPart;
pDeviceContext->BAR0_VirtualAddress = MmMapIoSpace(
descriptor->u.Memory.Start,
descriptor->u.Memory.Length,
MmNonCached);
} pDeviceContext->MemBaseAddress = MmMapIoSpace(
descriptor->u.Memory.Start,
descriptor->u.Memory.Length,
MmNonCached);
pDeviceContext->MemLength = descriptor->u.Memory.Length; break; default:
break;
}
if (!pDeviceContext->MemBaseAddress){
return STATUS_INSUFFICIENT_RESOURCES;
}
}
pDeviceContext->Counter_i = i;
DbgPrint("EvtDevicePrepareHardware - ends\n"); return STATUS_SUCCESS;
} NTSTATUS
Spw_PCIeEvtDeviceReleaseHardware(
IN WDFDEVICE Device,
IN WDFCMRESLIST ResourceListTranslated
)
{
PDEVICE_CONTEXT pDeviceContext = NULL; PAGED_CODE(); DbgPrint("EvtDeviceReleaseHardware - begins\n"); pDeviceContext = GetDeviceContext(Device); if (pDeviceContext->MemBaseAddress) {
//MmUnmapIoSpace解除物理地址与系统内核模式地址的关联
MmUnmapIoSpace(pDeviceContext->MemBaseAddress, pDeviceContext->MemLength);
pDeviceContext->MemBaseAddress = NULL;
} DbgPrint("EvtDeviceReleaseHardware - ends\n"); return STATUS_SUCCESS;
} NTSTATUS
Spw_PCIeEvtDeviceD0Entry(
IN WDFDEVICE Device,
IN WDF_POWER_DEVICE_STATE PreviousState
)
{
UNREFERENCED_PARAMETER(Device);
UNREFERENCED_PARAMETER(PreviousState); return STATUS_SUCCESS;
} NTSTATUS
Spw_PCIeEvtDeviceD0Exit(
IN WDFDEVICE Device,
IN WDF_POWER_DEVICE_STATE TargetState
)
{
UNREFERENCED_PARAMETER(Device);
UNREFERENCED_PARAMETER(TargetState); PAGED_CODE(); return STATUS_SUCCESS;
}

13-83行定义了EvtDevicePrepareHardware例程。EvtDevicePrepareHardware和EvtDeviceReleaseHardware两个例程对硬件设备能否获得Windows操作系统分配的资源起着至关重要的作用。EvtDevicePrepareHardware的任务主要包括获得内存资源、内存物理地址与虚拟地址的映射、I/O端口映射和中断资源分配。

EvtDevicePrepareHardware例程的原型声明如下:

 NTSTATUS EvtDevicePrepareHardware(
IN WDFDEVICE Device,
IN WDFCMRESLIST ResourceList,
IN WDFCMRESLIST ResourceListTranslated
) ;

传入函数的三个参数,Device是在EvtDriverDeviceAdd创建的设备对象,另外两个参数是两个硬件资源列表,这两个硬件资源列表实际上代表了不同版本的同一份硬件资源集。ResourceList代表的硬件资源是通过总线地址描述的;ResourceListTranslated代表的硬件资源是通过内存物理地址描述的。

WDF框架分配给硬件资源的具体过程如下:

(1)用户插入PnP设备,总线驱动识别设备并枚举;

(2)WDF框架调用总线驱动的EvtDeviceResourcesQuery,创建资源列表;

(3)WDF框架调用总线驱动的EvtDeviceResourcesRequirementQuery,创建资源需求列表;

(4)PnP管理器决定设备需要什么驱动程序;

(5)PnP管理器创建设备资源列表并发送给驱动程序;

(6)如果驱动程序调用WdfInterruptCreate例程,WDF框架就会在资源列表中分配给中断资源给驱动程序;

(7)设备进入工作状态后,KMDF调用EvtDevicePrepareHardware例程传递两个资源列表,驱动程序保存这两个资源列表,直到WDF框架调用了EvtDeviceReleaseHardware例程。

驱动程序通过EvtDevicePrepareHardware获得内存资源后,需要用MmMapIoSpace函数将物理地址映射成虚拟地址。

85-108行定义了EvtDeviceReleaseHardware回调例程,其调用过程是EvtDevicePrepareHardware的逆过程,即获得虚拟地址后,利用MmUnMapIoSpace 函数将虚拟地址解映射成物理地址,然后再交给WDF框架释放,这里不再赘述。

当 PCIe-SpaceWire接口卡设备被移除时,WDF框架会自动调用Spw_PCIeEvtDeviceReleaseHardware 函数释放设备和驱动程序的内存空间。由于系统每次检测到PCIe接口卡,会自动调用Spw_PCIeEvtDevicePrepareHardware函数提供内存资源,因此,断电或移除设备时,必须调用Spw_PCIeEvtDeviceReleaseHardware函数必须释放所分配的内存空间,否则,有可能导致内存溢出甚至操作系统崩溃。

110-135定义了EvtDeviceD0Entry和EvtDeviceD0Exit例程,WDF框架会在设备进入工作状态后调用EvtDeviceD0Entry回调例程,设备进入工作状态会在以下几种情况下发生:

  • 即插即用设备被系统发现;
  • 操作系统和设备从睡眠状态被唤醒;
  • (如果设备支持低电压闲置状态)设备从低电压闲置状态被唤醒;
  • PnP管理器重新为设备分配资源。

由于设备进入工作状态后,WDF框架就会根据事件调用各种回调例程,所以EvtDeviceD0Entry例程里一般不需要处理任何任务。设备离开工作状态后,WDF调EvtDeviceD0Exit回调例程,通常EvtDeviceD0Exit例程也不需要处理任何任务。需要注意的是,在注册这两个例程的时候,必须调用WdfDeviceInitSetPnpPowerEventCallbacks来注册设备即插即用和电源管理回调例程。

Queue.c

 #include "driver.h"
#include "queue.tmh" #pragma warning(disable:4013) // assuming extern returning int #ifdef ALLOC_PRAGMA
#pragma alloc_text (PAGE, Spw_PCIeEvtIoDeviceControl) #endif
/*
单一的默认I/O队列和单一的请求处理函数,EvtIoDefault。KMDF将会将设备所有的请求发送到默认I/O队列,
然后它会调用驱动程序的EvtIoDefault来将每一个请求递交给驱动程序。 *单一的默认I/O队列和多个请求处理函数,例如EvtIoRead、EvtIoWrite和EvtIoDeviceControl。KMDF会将设备所有的请求发送到默认I/O队列。
然后会调用驱动程序的EvtIoRead处理函数来递交读请求、调用EvtIoWrite处理函数来递交写请求、调用EvtIoDeviceControl处理函数来递交设备I/O控制请求。
*/ VOID
Spw_PCIeEvtIoDeviceControl(
IN WDFQUEUE Queue,
IN WDFREQUEST Request,
IN size_t OutputBufferLength,
IN size_t InputBufferLength,
IN ULONG IoControlCode
)
{
WDFDEVICE device;
PDEVICE_CONTEXT pDevContext; NTSTATUS status; PVOID inBuffer;
PVOID outBuffer;
ULONG AddressOffset; //PAGED_CODE(); do not uncomment this sentence
device = WdfIoQueueGetDevice(Queue);
pDevContext = GetDeviceContext(device); switch (IoControlCode) {
//根据CTL_CODE请求码作相应的处理
case Spw_PCIe_IOCTL_WRITE_OFFSETADDRESS:
status = WdfRequestRetrieveInputBuffer(
Request,
sizeof(ULONG),
&inBuffer,
NULL
);
pDevContext->OffsetAddressFromApp = *(ULONG*)inBuffer;
WdfRequestCompleteWithInformation(Request, status, sizeof(ULONG));
if (!NT_SUCCESS(status)){
goto Exit;
}
break; case Spw_PCIe_IOCTL_IN_BUFFERED:
status = WdfRequestRetrieveInputBuffer(
Request,
sizeof(ULONG),
&inBuffer,
NULL
);
AddressOffset = PCIE_WRITE_MEMORY_OFFSET + pDevContext->OffsetAddressFromApp;
*(ULONG*)WDF_PTR_ADD_OFFSET(pDevContext->BAR0_VirtualAddress, AddressOffset) = *(ULONG*)inBuffer;
WdfRequestCompleteWithInformation(Request, status, sizeof(ULONG));
if (!NT_SUCCESS(status)){
goto Exit;
}
break; case Spw_PCIe_IOCTL_OUT_BUFFERED:
status = WdfRequestRetrieveOutputBuffer(
Request,
sizeof(ULONG),
&outBuffer,
NULL
);
AddressOffset = PCIE_WRITE_MEMORY_OFFSET + pDevContext->OffsetAddressFromApp;
//--------------------------------------------------------------------------
*(ULONG*)outBuffer = *(ULONG*)WDF_PTR_ADD_OFFSET(pDevContext->BAR0_VirtualAddress, AddressOffset);
//--------------------------------------------------------------------------
//*(ULONG*)outBuffer = pDevContext->Counter_i;
//--------------------------------------------------------------------------
WdfRequestCompleteWithInformation(Request, status, sizeof(ULONG));
if (!NT_SUCCESS(status)){
goto Exit;
}
break;
case Spw_PCIe_IOCTL_READ_PADDRESS:
//Just think about the size of the data when you are choosing the METHOD.
//METHOD_BUFFERED is typically the fastest for small (less the 16KB) buffers,
//and METHOD_IN_DIRECT and METHOD_OUT_DIRECT should be used for larger buffers than that.
//METHOD_BUFFERED,METHOD_OUT_DIRECT,METHOD_IN_DIRECT三种方式,
//输入缓冲区地址可通过调用WdfRequestRetrieveInputBuffer函数获得
//输出缓冲区地址可通过调用WdfRequestRetrieveOutputBuffer函数获得 status = WdfRequestRetrieveOutputBuffer(
Request,
sizeof(ULONG),
&outBuffer,
NULL
); *(ULONG*)outBuffer = pDevContext->PhysicalAddressRegister;//read BAR0 pysical address WdfRequestCompleteWithInformation(Request, status, sizeof(ULONG));
if (!NT_SUCCESS(status)){
goto Exit;
}
break; default:
status = STATUS_INVALID_DEVICE_REQUEST;
WdfRequestCompleteWithInformation(Request, status, );
break;
} Exit:
if (!NT_SUCCESS(status)) {
WdfRequestCompleteWithInformation(
Request,
status, );
}
return;
}

整个源代码文件只定义了一个例程EvtIoDeviceControl,当WDF框架处理I/O请求时,根据I/O 请求的副功能码执行相应的操作,I/O 请求处理结束后,需要通过一个例程完成I/O请求,以通知应用程序处理结束。否则,会因为应用程序无法正常退出而导致系统挂起。接口卡驱动程序中处理I/O请求的例程为Spw_PCIeEvtIoDeviceControl,它根据应用程序传入控制字的不同会执行不同的任务,包括读BAR0物理起始地址、读寄存器、写寄存器、写入偏移地址。

Windows 2000及其以后的操作系统都是以I/O请求包的形式与驱动程序进行通信的。在WDF驱动程序中,处理I/O请求的关键判断哪些类型的I/O请求由驱动程序处理,哪些类型的I/O请求由WDF框架自动处理。当Windows操作系统收到一个从应用程序传送过来的I/O请求后,I/O管理器将它封装成I/O请求包发送给设备驱动程序。常见的I/O请求包括:create, close, read, write, 和 device I/O control,分别表示创建设备、关闭设备、读操作、写操作和控制命令字传输。

应用程序执行I/O操作时,向I/O管理器提供了一个数据缓冲区。WDF框架提供三种数据传输方式:

  •  buffered方式:I/O管理器会创建与应用程序数据缓冲区完全相同的系统缓冲区,驱动程序在这个缓冲区工作,由I/O管理器完成复制数据任务;
  •  direct方式:I/O管理器锁定应用程序缓冲区的物理内存页,并创建一个MDL(内存描述符表)来描述该页,驱动程序将使用MDL工作;
  •  neither方式:I/O管理器把应用程序缓冲区的虚拟地址传递给驱动程序,一般不采用这种方式。

在I/O请求处理中,WDF规定驱动程序必须包括以下一个或多个I/O回调例程,来处理从队列调度的I/O请求:

  •  EvtIoRead
  •  EvtIoWrite
  •  EvtIoDeviceIoControl
  •  EvtIoInternalDeeviceControl
  •  EvtIoDefault

 下面以完成一个读请求为例,描述WDF框架处理I/O请求的全过程

第1步,应用程序调用Win32 API函数ReadFile进行读操作;第2步,ReadFile函数调用NTDLL.dll中的原生函数NtReadFile,从而进入内核服务,I/O管理器将接管读操作。第3步,I/O管理器为读请求构造类型为IRP_MJ_READ的请求包;第4步,I/O管理器找到由WDF框架创建的设备对象,并将请求包发送到它的读派遣函数;第5步,WDF框架收到请求包后,查看WDF驱动是否注册了读回调例程,如果注册了,就将请求包封装成一个I/O请求对象把它放到WDF驱动的某个指定队列中;第6步,队列将I/O请求对象发送给WDF驱动处理,WDF驱动注册的读回调例程被执行。

现代操作系统比如Windows、Linux在内存管理上均采用分页机制。分页内存可被交换到硬盘,而非分页内存则不会交换到硬盘上。运行的程序代码中断请求优先级高于DISPATCH_LEVEL(包括DISPATCH_LEVEL)的,必须保证程序所在内存页为非分页内存,否则会造成系统挂起。在WDF驱动程序开发中,使用宏PAGE_CODE来标记某例程应在分页内存上。因此在驱动程序开发过程中要特别注意PAGE_CODE的使用。

对于PCIe设备驱动开发,开发者还注意读写映射内存不能越界。比如在本次毕业设计中,BAR2为配置寄存器,编写程序时由于误写入BAR2映射的内存地址,造成操作系统一执行写操作就发生蓝屏。

在看完这几篇文章后,将源代码通过VS2013+WDK8.1编译就能生成相应PCI/PCIe硬件板卡的Windows驱动程序(.sys文件),为了实现对驱动程序的安装与验证,还需要编写INF文件和应用程序文件,这部分将在下一篇文章中讲述。

参考资料:

武安河. Windows设备驱动程序WDF开发

孔鹏. 基于WDF的光纤传输卡PCIe接口驱动的研究和实现

杨阿锋基于WDF的PCIe接口高速数据传输卡的驱动程序开发

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