Предисловие.

Драйвера под Windows являются для большей массы программистов, "тайной за семью печатями". И вовсе не потому, что это что-то архисложное, сколько по причине абсолютной недокументированности идеологии.

Начав заниматься этой темой я понял особенную необходимость не в переводе стандартного Майкрософтовского описания, а именно неких заметок, по созданию и сбору драйверов для различных устройств.

Уточню, что в этих заметках, будут только те данные, которые я проверил лично, с которыми столкнулся в процессе разработки промышленных драйверов, бегающих сегодня в коммерческих пакетах.

Естественно, все коммерческие секреты я рассказывать не буду.

Некоторые требования к чтению.

Эти заметки не ориентированны на людей – проектирующих драйвера, они уже должны знать все, что здесь будет.

Не стоит читать их человеку, слабо знакомому с языками С и С++, а также плохо понимающему объектную структуру и принципы Win32.

Часть первая: "Что нужно для компиляции простейшего драйвера?"

Структура драйвера.

Когда мы программируем под Windows API, мы ставим на обработку сообщений от Windows функцию WindowProc, которая регистрируется в момент создания класса окна. Примерно так же при создании экземпляра драйвера, в системе происходит регистрация всех необходимых функций.

Для регистрации и инициализации всего необходимого используется входная функция, которая так и называется: DriverEntry.

Для тех, кому тяжело качать Win2000 DDK размером 41Мб мы выложили базисный код драйвера в архиве. Скачайте архив для более полного ознакомления с текстом и работы с нашим текстом.

Сама DriverEntry запускается один раз, но важность правильной регистрации, думаю, понятна всем. Рассмотрим ее текст полностью.

NTSTATUS DriverEntry(IN PDRIVER_OBJECT DriverObject, IN PUNICODE_STRING RegistryPath)

/*++

 Routine Description:

 Arguments:

 Return Value:

--*/

{

 NDIS_STATUS Status;

 NDIS_PROTOCOL_CHARACTERISTICS PChars;

 NDIS_MINIPORT_CHARACTERISTICS MChars;

 PNDIS_CONFIGURATION_PARAMETER Param;

 NDIS_STRING Name;

 NDIS_HANDLE WrapperHandle;

 //

 // Register the miniport with NDIS. Note that it is the miniport

 // which was started as a driver and not the protocol. Also the miniport

 // must be registered prior to the protocol since the protocol's BindAdapter

 // handler can be initiated anytime and when it is, it must be ready to

 // start driver instances.

 //

 NdisMInitializeWrapper(&WrapperHandle, DriverObject, RegistryPath, NULL);

 NdisZeroMemory(&MChars, sizeof(NDIS_MINIPORT_CHARACTERISTICS));

 MChars.MajorNdisVersion = 4;

 MChars.MinorNdisVersion = 0;

 MChars.InitializeHandler = MPInitialize;

 MChars.QueryInformationHandler = MPQueryInformation;

 MChars.SetInformationHandler = MPSetInformation;

 MChars.ResetHandler = MPReset;

 MChars.TransferDataHandler = MPTransferData;

 MChars.HaltHandler = MPHalt;

 //

 // We will disable the check for hang timeout so we do not

 // need a check for hang handler!

 //

 MChars.CheckForHangHandler = NULL;

 MChars.SendHandler = MPSend;

 MChars.ReturnPacketHandler = MPReturnPacket;

 //

 // Either the Send or the SendPackets handler should be specified.

 // If SendPackets handler is specified, SendHandler is ignored

 //

 // MChars.SendPacketsHandler = MPSendPackets;

 Status = NdisIMRegisterLayeredMiniport(WrapperHandle, &MChars, sizeof(MChars), &DriverHandle);

 ASSERT(Status == NDIS_STATUS_SUCCESS);

 NdisMRegisterUnloadHandler(WrapperHandle, PtUnload);

 //

 // Now register the protocol.

 //

 NdisZeroMemory(&PChars, sizeof(NDIS_PROTOCOL_CHARACTERISTICS));

 PChars.MajorNdisVersion = 4;

 PChars.MinorNdisVersion = 0;

 //

 // Make sure the protocol-name matches the service-name under which this protocol is installed.

 // This is needed to ensure that NDIS can correctly determine the binding and call us to bind

 // to miniports below.

 //

 NdisInitUnicodeString(&Name, L"SFilter"); // Protocol name

 PChars.Name = Name;

 PChars.OpenAdapterCompleteHandler = PtOpenAdapterComplete;

 PChars.CloseAdapterCompleteHandler = PtCloseAdapterComplete;

 PChars.SendCompleteHandler = PtSendComplete;

 PChars.TransferDataCompleteHandler = PtTransferDataComplete;

 PChars.ResetCompleteHandler = PtResetComplete;

 PChars.RequestCompleteHandler = PtRequestComplete;

 PChars.ReceiveHandler = PtReceive;

 PChars.ReceiveCompleteHandler = PtReceiveComplete;

 PChars.StatusHandler = PtStatus;

 PChars.StatusCompleteHandler = PtStatusComplete;

 PChars.BindAdapterHandler = PtBindAdapter;

 PChars.UnbindAdapterHandler = PtUnbindAdapter;

 PChars.UnloadHandler = NULL;

 PChars.ReceivePacketHandler = PtReceivePacket;

 PChars.PnPEventHandler= PtPNPHandler;

 NdisRegisterProtocol(&Status, &ProtHandle, &PChars, sizeof(NDIS_PROTOCOL_CHARACTERISTICS));

 ASSERT(Status == NDIS_STATUS_SUCCESS);

 NdisIMAssociateMiniport(DriverHandle, ProtHandle);

 return(Status);

}

Майкрософт утверждает что нам нужны 4 функции минимум, присутствующие в DriverEntry:

NdisMInitializeWrapper;

NdisIMRegisterLayeredMiniport;

NdisRegisterProtocol;

NdisIMAssociateMiniport.

NdisMInitializeWrapper – функция указывает системе NDIS, что пришло время инициировать miniport service в ее системе. Возвращаемое значение необходимо сохранить на будущее. Обязательно надо обратить внимание, что если происходит ошибка при инициализации любого объекта, то при уже нормально отработавшей функции NdisMInitializeWrapper нужно вызвать NdisTerminateWrapper для высвобождения ресурса.

NdisIMRegisterLayeredMiniport Функция, регистрирующая все функции уровня miniport

NdisRegisterProtocol Функция, регистрирующая все функции протокола

NdisIMAssociateMiniport. Функция, информирующая NDIS о том, что есть, существует два уровня, минипорт и протокол, и говорящая об экспорте функций, если таковой присутствует.

Теперь, для полной расшифровки этой шарады, посмотрим, как работает система драйвера, уже на уровне кода.

После того, как драйвер зарегистрирует функции группы miniport, он должен зарегистрировать полученный HANDLE, для правильной un-регистрации этих функций в момент окончания работы драйвера. Это делает функция NdisMRegisterUnloadHandler. Затем мы регистрируем протокольную группу и связываем эти две группы, сообщая NDIS об их существовании – функцией NdisIMAssociateMiniport.

На этом в нашем примере функция DriverEntry закачивается. Стоит немного пояснить еще несколько моментов работы инициализации. При работе на уровне kernel не стоит использовать функции: malloc, realloc, memset и т. д. Для этого существуют NdisZeroMemory, NdisAllocateMemory и др. Они более конкретно работают, и предназначены именно для использования в драйверах связанных с NDIS.

Конкретно сами функции, которые принадлежат группам, мы с вами будем рассматривать в процессе написания кода, да и то не все. Полное их описание вы уже посмотрите в DDK help. А мы с вами посмотрим на неявную третью группу.

Третья группа функций используется для коммуникации с аппликацией. Иногда и для непосредственного создания пакетов, и их отправки, как в случае с драйвером СОМ порта. В нашем случае драйвер пока никак не взаимодействует с уровнем аппликаций, поэтому их нет. Но, любой драйвер нуждается в управлении, наш пример, особенно, ибо он является тестовым и нам необходимо уметь давать нужные команды. Поэтому мы создадим и проинициализируем следующие функции:

extern NTSTATUS FilterOpen(IN PDEVICE_OBJECT DeviceObject, IN PIRP Irp);

extern NTSTATUS FilterClose(IN PDEVICE_OBJECT DeviceObject, IN PIRP Irp);

extern NTSTATUS FilterRead(IN PDEVICE_OBJECT DeviceObject, IN PIRP Irp);

extern NTSTATUS FilterWrite(IN PDEVICE_OBJECT DeviceObject, IN PIRP Irp);

extern NTSTATUS FilterIoControl(IN PDEVICE_OBJECT DeviceObject, IN PIRP Irp);

Внесите их в файл passthru.h.

Теперь внесем изменения в нашу функцию DriverEntry.

Объявим массив:

PDRIVER_DISPATCH MajorFunctions [IRP_MJ_MAXIMUM_FUNCTION + 1];

Этот массив будет содержать все указатели функций для регистрации.

И добавим еще несколько переменных:

NDIS_STRING ntDeviceName; //имя для вызова виртуального device-а для NT

NDIS_STRING win32DeviceName; // тоже для win32

PDEVICE_OBJECT deviceObject; // и объект.

Затем начнем инициализацию. Перед завершающей регистрацией протокольных функций и связкой их с группой miniport и NDIS, функцией NdisIMAssociateMiniport, добавим следующий код:

// Name of control deviceObject.

// DeviceName that names the device object.

NdisInitUnicodeString(&ntDeviceName, L"\\Device\\passthru" );

// SymbolicName that is the Win32-visible name of the device

NdisInitUnicodeString(&win32DeviceName, L"\\DosDevices\\passthru" );

//Создаем строку имени

NdisZeroMemory(MajorFunctions, sizeof(MajorFunctions));

// Регистрируем ее

//Связываем имена функций с массивом

MajorFunctions[IRP_MJ_CREATE] = FilterOpen;

MajorFunctions[IRP_MJ_CLOSE] = FilterClose;

MajorFunctions[IRP_MJ_READ] = FilterRead;

MajorFunctions[IRP_MJ_WRITE] = FilterWrite;

MajorFunctions[IRP_MJ_DEVICE_CONTROL] = FilterIoControl;

//Регистрируем их

Status = NdisMRegisterDevice(WrapperHandle, &ntDeviceName, &win32DeviceName, MajorFunctions, &deviceObject, &GlobalData.NdisDeviceHandle );

// проверяем статус

if (Status != NDIS_STATUS_SUCCESS ) {

 if (GlobalData.ProtHandle) NdisDeregisterProtocol(&Status, GlobalData.ProtHandle);

 if (GlobalData.NdisDeviceHandle) NdisMDeregisterDevice(GlobalData.NdisDeviceHandle);

 if (WrapperHandle) NdisTerminateWrapper(WrapperHandle, NULL);

 return (Status);

}

// set access method into deviceObject ( received from NdisMRegisterDevice() )

// объявление буферизации для связывающих операций

deviceObject->Flags |= DO_BUFFERED_IO;

// все.

Тела функций, типа Filter, объявите сразу после тела функции DriverEntry и оставьте пока пустыми, добавив, только возвращение значения

return NDIS_STATUS_SUCCESS;

В прошлый раз мы заготовили списки необходимых функций, зарегистрировали их, а сегодня рассмотрим их поподробнее.

Группа минипорт.

Функции этой группы занимаются обработкой потока данных и событий, происходящих в верхнем уровне драйвера, и вызываемых обращением к NDIS TCP/IP стека.

Если посмотреть на схемы из второй части, то видно, что в нижней части находятся функции протокола, а в верхней минипорта. Почему? Каждый драйвер выступает в двух ипостасях. Общаясь с верхним уровнем драйверов он становиться для него драйвером минипорта, а для нижнего уровня, драйвером протокола.

Список функций минипорт:

MPInitialize – инициализация группы.

MPSend

MPSendPackets

MPTransferData

MPReturnPacket

Функции отвечающие за пересылку пакетов данных.

MPQueryInformation

MPSetInformation

MPQueryPNPCapbilities

MPIsSendOID

MPProcessSetPowerOid

Функции работы с питанием состоянием системы и системой PlagNPlay. Сказать особенно нечего. Стандартное отслеживание внутренних событий системы прописанное Microsoft.

MPHalt – отработка выгрузки и де регистрации драйвера при аварийном.

MPReset – как написано у Microsoft – мы не должны ничего делать :)

Работа с системой – необходимость отрабатывать события важные для сервиса корректно.

MPSetMiniportSecondary

MPPromoteSecondary

MPBundleSearchAndSetSecondary

В системе может быть не один адаптер и соответственно не один драйвер к которому приходится обращаться. В случае такого используются эти функции.

В нашем случае основными функциями из этой группы – являются функции пересылки данных. Все остальные мы можем не рассматривать, их назначение – обслуживать правильно системные связи, вся основная часть которых написана Microsoft.

MPSend

Основная функция вызываемая всегда, при прохождении данных. По правилам работы с данными в NDIS необходимо написать (что в примере и сделано) re-wrap пакету.

Для этого сначала пакет надо захватить, перекопировать содержимое пакета в свою память и переслать его далее, после чего освободить пакет. Вот как будет это выглядеть в коде:

PADAPT pAdapt = (PADAPT)MiniportAdapterContext;

Контекст адаптера приходящий в качестве параметра. Присвоим его своему типизированному указателю.

NDIS_STATUS Status;

Возвращаемый статус.

PNDIS_PACKET MyPacket;

Наш пакет – пока только указатель.

PRSVD Rsvd;

Резервный указатель.

PVOID MediaSpecificInfo = NULL;

Тип адаптера с которым будем работать.

ULONG MediaSpecificInfoSize = 0;

Размер типа адаптера.

ASSERT (pAdapt->pSecondaryAdapt);

pAdapt = pAdapt->pSecondaryAdapt;

Проверка наличия второго сетевого адаптера. Вверху я говорил, что его наличие необходимо предусматривать.

if (IsIMDeviceStateOn (pAdapt) == FALSE) {

 return NDIS_STATUS_FAILURE;

}

Проверка наличия и состояния.

NdisAllocatePacket(&Status, &MyPacket, pAdapt->SendPacketPoolHandle);

Выделение места под размер полученного пакета (Pool) данных.

if (Status == NDIS_STATUS_SUCCESS) {

 PNDIS_PACKET_EXTENSION Old, New;

 Rsvd = (PRSVD)(MyPacket->ProtocolReserved);

 Rsvd->OriginalPkt = Packet;

 MyPacket->Private.Flags = Flags;

 MyPacket->Private.Head = Packet->Private.Head;

 MyPacket->Private.Tail = Packet->Private.Tail;

Собственно копирование всей служебной информации

NdisSetPacketFlags(MyPacket, NDIS_FLAGS_DONT_LOOPBACK);

Установка ее в наш внутренний буфер.

NdisMoveMemory(NDIS_OOB_DATA_FROM_PACKET(MyPacket), NDIS_OOB_DATA_FROM_PACKET(Packet), sizeof(NDIS_PACKET_OOB_DATA));

Перенос данных в сам пакет.

NdisIMCopySendPerPacketInfo(MyPacket, Packet);

Копирование служебных данных по пересылке пакета.

Копирование данных о типе адаптера, куда пересылать данные.

NDIS_GET_PACKET_MEDIA_SPECIFIC_INFO(Packet, &MediaSpecificInfo, &MediaSpecificInfoSize);

if (MediaSpecificInfo || MediaSpecificInfoSize) {

 NDIS_SET_PACKET_MEDIA_SPECIFIC_INFO(MyPacket, MediaSpecificInfo, MediaSpecificInfoSize);

}

Собственно пересылка имеющихся данных в NDIS, что вызовет нормальное прохождение пакета далее по цепочке драйверов.

NdisSend(&Status, pAdapt->BindingHandle, MyPacket);

if (Status != NDIS_STATUS_PENDING) {

 NdisIMCopySendCompletePerPacketInfo (Packet, MyPacket);

 NdisFreePacket(MyPacket);

}

Если нет задержки на отсылке освободить пакет.

} else {

Это говорит об отсутствии пакета в системе – ничего не надо делать.

}

return(Status);

Возврат значения SUCCESS или код ошибки.

Стоит остановиться еще на одном моменте. Когда система ответила, что посылка данных закончена кодом задержки пакета – NDIS_STATUS_PENDING.

В этом случае мы пакет не освободим, блокировав таким образом всю систему NDIS по пересылке данных. Такое случается при посылке по медленной сети большого числа пакетов.

Как нам освободить пакет? Система предусматривает такое и при освобождении ресурса после освобождению пакета вызовет функцию из группы протокола PtSendComplete. Смена на протокольную группу вызвана тем, что система получит сообщение от низлежащего драйвера, что вызывает обращение именно к этой группе.

В данной функции, код которой идет следом мы увидим параметры в которых нам передадут контекст операции Send и адаптера, в результате чего мы получим возможность вызвать функцию NdisMSendComplete после NdisDprFreePacket и освободить NDIS для передачи нам следующих пакетов.

{

 PADAPT pAdapt =(PADAPT)ProtocolBindingContext;

 PNDIS_PACKET Pkt;

 PRSVD Rsvd;

 pAdapt = pAdapt->pPrimaryAdapt;

 Rsvd =(PRSVD)(Packet->ProtocolReserved);

 Pkt = Rsvd->OriginalPkt;

 NdisIMCopySendCompletePerPacketInfo(Pkt, Packet);

 NdisDprFreePacket(Packet);

 NdisMSendComplete(pAdapt->MiniportHandle, Pkt, Status);

Группа протокол.

Протокольные функции несколько отличаются от функций минипорта, но имеют схожую функциональную нагрузку, обратную функциям минипорта по направлению передачи пакетов.

PtOpenAdapterComplete

PtCloseAdapterComplete

PtBindAdapter

PtUnbindAdapter

Функции работы с адаптером – в нашем случае адаптером является драйвер модема или сетевой карты. Адаптер соответственно при запуске надо открыть и при окончании работы – закрыть. При обращении к нему привязать (bind) адаптер, захватить ресурс. В конце работы – освободить.

PtResetComplete

Абсолютно пустая функция – она должна быть но мы сюда не приходим.

PtRequestComplete

Функция вызываемая из PtPnPNetEventSetPower.

PtStatus

Функция отвечающая за проверку статуса нижестоящего адаптера, вернее статуса взаимодействия с ним нашего уровня.

PtStatusComplete

Завершение в случае невозможности быстрого ответа, примерно как и в случае MPSend.

PtSendComplete

Описана в секции минипорт

PtTransferDataComplete

PtReceive

PtReceiveComplete

PtReceivePacket

Функции работы с данными – аналогичны функциям минипорта. Одну из функций мы уже разбирали. Функции остальных – чуть позже.

PtUnload

Функция заведующая выгрузкой драйвера при выходе.

PtPNPHandler

PtPnPNetEventReconfigure

PtPnPNetEventSetPower

Работа с PnP.

Вновь обратим внимание на симметричную функцию PtReceive.

PADAPT pAdapt =(PADAPT)ProtocolBindingContext;

Контекст адаптера

PNDIS_PACKET MyPacket, Packet; Пакеты.

NDIS_STATUS Status = NDIS_STATUS_SUCCESS;

Статус

if (!pAdapt->MiniportHandle) {

 Status = NDIS_STATUS_FAILURE;

} else do {

 Эта часть работает при наличии второго адаптера :)

 if (pAdapt->isSecondary) {

  DBGPRINT("PASSTHRU GETTING RECIEVES ON SECONDARY\n");

  ASSERT(0);

 }

Забираем указатель на пакет в NDIS.

Packet = NdisGetReceivedPacket(pAdapt->BindingHandle, MacReceiveContext);

Если пакета нет то мы выходим иначе продолжаем как и в случае с отправкой.

if (Packet != NULL) {

Резервируем пакет для себя.

NdisDprAllocatePacket(&Status, &MyPacket, pAdapt->RecvPacketPoolHandle);

if (Status == NDIS_STATUS_SUCCESS) {

Копируем данные, как служебные, так и сами данные передаваемые наверх.

MyPacket->Private.Head = Packet->Private.Head;

MyPacket->Private.Tail = Packet->Private.Tail;

NDIS_SET_ORIGINAL_PACKET(MyPacket, NDIS_GET_ORIGINAL_PACKET(Packet));

NDIS_SET_PACKET_HEADER_SIZE(MyPacket, HeaderBufferSize);

NdisGetPacketFlags(MyPacket) = NdisGetPacketFlags(Packet);

NDIS_SET_PACKET_STATUS(MyPacket, NDIS_STATUS_RESOURCES);

В этом случае мы не посылаем пакет как при отправке, а просто указываем NDIS что MyPacket готов к передаче наверх.

NdisMIndicateReceivePacket(pAdapt->MiniportHandle, &MyPacket, 1);

ASSERT(NDIS_GET_PACKET_STATUS(MyPacket) == NDIS_STATUS_RESOURCES);

Освобождение пакета при нормальной передаче.

  NdisDprFreePacket(MyPacket);

  break;

 }

}

Выбор типа адаптера внизу дает возможность применить для индикации готовности к передаче в случае ошибки стандартного сообщения NDIS. Это происходит в случае специфичных сетей и обрабатывается функциями связанными с этими типами.

pAdapt->IndicateRcvComplete = TRUE;

switch (pAdapt->Medium) {

case NdisMedium802_3:

 NdisMEthIndicateReceive(pAdapt->MiniportHandle, MacReceiveContext, HeaderBuffer, HeaderBufferSize, LookAheadBuffer, LookAheadBufferSize, PacketSize);

 break;

case NdisMedium802_5:

 NdisMTrIndicateReceive(pAdapt->MiniportHandle, MacReceiveContext, HeaderBuffer, HeaderBufferSize, LookAheadBuffer, LookAheadBufferSize, PacketSize);

 break;

case NdisMediumFddi:

 NdisMFddiIndicateReceive(pAdapt->MiniportHandle, MacReceiveContext, HeaderBuffer, HeaderBufferSize, LookAheadBuffer, LookAheadBufferSize, PacketSize);

 break;

default:

Это в случае если тип сети неизвестен.

 ASSERT(0);

  break;

 }

} while(FALSE);

return Status;

Выход с статусом завершения.

Некоторое пояснение.

Когда тип адаптера и сети специфичен и отличается от стандарта LAN, нам нужно сообщить о пакете и его отправке соответствующей части сервиса NDIS. Именно в связи с этим и появляется выбор типа адаптера. При получении возможно наличие одновременного запроса на прием пакета с разных адаптеров.

В случае с операцией Send этого не происходит, так как NDIS сама по контексту определяет к какому адаптеру предназначен пакет.

Оставшиеся функции аналогичны по назначению с группой функций минипорта.