Het schrijven van een device driver voor Windows 2000.
-
Upload
lander-wouters -
Category
Documents
-
view
213 -
download
1
Transcript of Het schrijven van een device driver voor Windows 2000.
Het schrijven van een device Het schrijven van een device driverdriver
voor Windows 2000
Over deze presentatieOver deze presentatie
Tijdsduur is ongeveer één uurTijdsduur is ongeveer één uur Het leren begrijpen van een device Het leren begrijpen van een device
driver is erg lastig driver is erg lastig let goed op en maak tijdens relevante let goed op en maak tijdens relevante onderwerpen veel aantekeningenonderwerpen veel aantekeningen
Vragen kunnen gesteld worden na elk Vragen kunnen gesteld worden na elk deelonderwerp en aan het eindedeelonderwerp en aan het einde
Algemeen
InhoudInhoud
IntroductieIntroductie ((±±5 min.)5 min.)
Algemene toelichting op device driversAlgemene toelichting op device drivers ((±±25 25 min.)min.)
Hulpmiddelen voor schrijven driverHulpmiddelen voor schrijven driver ((±±10 10 min.)min.)
Toelichting op “PPort” voorbeelddriverToelichting op “PPort” voorbeelddriver ((±±15 15 min.)min.)
Toelichting op Cypress EZ-USB oplossingToelichting op Cypress EZ-USB oplossing ((±±5 5 min.)min.)
SlotSlot
Algemeen
IntroductieIntroductie
IntroductieIntroductie
Wie ben ikWie ben ik Waarom deze stageWaarom deze stage VoorkennisVoorkennis WerkzaamhedenWerkzaamheden
Introductie
Wie ben ikWie ben ik
Tommy SoolsTommy Sools Student in derde jaar informatica Student in derde jaar informatica
(blok 11)(blok 11) Stagiair bij technische informaticaStagiair bij technische informatica
Begeleid door Ruud ErmersBegeleid door Ruud Ermers
Introductie
Waarom deze stageWaarom deze stage
Hobby elektronicaHobby elektronica Diverse computerinterface projecten die Diverse computerinterface projecten die
natuurlijk een device driver vereisennatuurlijk een device driver vereisen Op zoek naar USB microcontroller Op zoek naar USB microcontroller
oplossingoplossing Poging tot zelfstandig leren device driversPoging tot zelfstandig leren device drivers Tenslotte de vraag of er binnen Fontys Tenslotte de vraag of er binnen Fontys
een module bestaat over device driverseen module bestaat over device drivers
Introductie
VoorkennisVoorkennis
C++ binnen informaticamodulen (Visual C++ binnen informaticamodulen (Visual Studio):Studio): Programmeren in CProgrammeren in C Low Level ProgrammingLow Level Programming InterprocescommunicatieInterprocescommunicatie Events & ExceptionsEvents & Exceptions Geheugentechnieken en –beheerGeheugentechnieken en –beheer
Gedurende twee kwartalen begeleiden Gedurende twee kwartalen begeleiden practica C Programmeren (Borland C++ practica C Programmeren (Borland C++ Builder)Builder)
Introductie
Voorkennis (2)Voorkennis (2)
Veel hobbyprojecten met Borland DelphiVeel hobbyprojecten met Borland Delphi www.sools.comwww.sools.com
Programmeren aan administratiepakket Programmeren aan administratiepakket Order-Direct tijdens eerste stageOrder-Direct tijdens eerste stage
Hobbyprojecten met 8051 en AVR Hobbyprojecten met 8051 en AVR microcontrollers, vooral in assembler microcontrollers, vooral in assembler taaltaal
Introductie
WerkzaamhedenWerkzaamheden
Tweede stage, twintig weken,Tweede stage, twintig weken,
momenteel zesde weekmomenteel zesde week Onderzoek doen naar de werking van Onderzoek doen naar de werking van
device driversdevice drivers Ter oefening een aantal drivers Ter oefening een aantal drivers
schrijvenschrijven Practicumhandleiding schrijven over Practicumhandleiding schrijven over
device drivers voor Windows 2000device drivers voor Windows 2000
Introductie
Einde introductieEinde introductie
Interesse vanuit hobbyInteresse vanuit hobby Ruim voldoende voorkennis en Ruim voldoende voorkennis en
ervaringervaring Stage duurt 20 wekenStage duurt 20 weken Doel is practicumhandleiding Doel is practicumhandleiding
schrijven over Windows 2000 schrijven over Windows 2000 driverontwikkelingdriverontwikkeling
Introductie
VragenVragen
Er kunnen nu vragen over de Er kunnen nu vragen over de introductie gesteld worden.introductie gesteld worden.
HulpmiddelenHulpmiddelen
HulpmiddelenHulpmiddelen
• ComputersystemenComputersystemen
• Microsoft Visual Studio 6.0Microsoft Visual Studio 6.0
• Microsoft Windows 2000 DDK (SP1)Microsoft Windows 2000 DDK (SP1)
• DebugViewDebugView
• LoadDrvLoadDrv
• Talloze andere optionele hulpprogramma’sTalloze andere optionele hulpprogramma’s
HulpmiddeleHulpmiddelenn
ComputersystemenComputersystemen
• PC voor ontwikkelingPC voor ontwikkeling
• PC voor testenPC voor testen
HulpmiddeleHulpmiddelenn
OntwikkelsysteemOntwikkelsysteem
• Besturingssysteem is niet relevant,Besturingssysteem is niet relevant,
bijv. Windows 2000 of XPbijv. Windows 2000 of XP• Driver nooit testen op ontwikkelsysteemDriver nooit testen op ontwikkelsysteem
HulpmiddeleHulpmiddelenn
TestsysteemTestsysteem
• Windows 2000 Professional,Windows 2000 Professional,
met alle service packs en updatesmet alle service packs en updates• Zorgen voor een herstelmogelijkheid,Zorgen voor een herstelmogelijkheid,
bijv. Norton Ghostbijv. Norton Ghost
HulpmiddeleHulpmiddelenn
Microsoft Visual Studio 6.0Microsoft Visual Studio 6.0
• Sjabloon “DDAppWiz.awx” installerenSjabloon “DDAppWiz.awx” installeren
• Als projectinstellingen goed zijn Als projectinstellingen goed zijn compileren via Toolscompileren via ToolsBuildBuild
• Resultaat is .sys bestandResultaat is .sys bestand
• Checked Build tegenover Free BuildChecked Build tegenover Free Build– Aan te passen via DBG defineAan te passen via DBG define– Ook van toepassing op Windows zelfOok van toepassing op Windows zelf
HulpmiddeleHulpmiddelenn
Microsoft Visual Studio 6.0 (2)Microsoft Visual Studio 6.0 (2)HulpmiddeleHulpmiddele
nn
DebugViewDebugView
• Toont berichten die Checked Build van Toont berichten die Checked Build van driver genereert met DbgPrintdriver genereert met DbgPrint
• DebugView geeft geen informatie weer DebugView geeft geen informatie weer gegenereerd vanuit ISR’sgegenereerd vanuit ISR’s
HulpmiddeleHulpmiddelenn
DebugView (2)DebugView (2)
• Werkt ook na bugcheck schermen:Werkt ook na bugcheck schermen:– ““Startup & Recovery” instellingen goedzettenStartup & Recovery” instellingen goedzetten– Zorgen dat DebugView draait tijdens crashZorgen dat DebugView draait tijdens crash– Binnen DebugView kiezen voorBinnen DebugView kiezen voor
FileFileProcess Crash Dump enProcess Crash Dump en
““memory.dmp” in Windows map selecterenmemory.dmp” in Windows map selecteren
HulpmiddeleHulpmiddelenn
DebugView (3)DebugView (3)HulpmiddeleHulpmiddele
nn
LoadDrvLoadDrv
• Installatie, starten, stoppen van een driverInstallatie, starten, stoppen van een driver
HulpmiddeleHulpmiddelenn
Einde hulpmiddelenEinde hulpmiddelen
• Twee computersystemenTwee computersystemen
• Verschillende software benodigdVerschillende software benodigd
HulpmiddeleHulpmiddelenn
VragenVragen
Er kunnen nu vragen over Er kunnen nu vragen over hulpmiddelen bij het schrijven van hulpmiddelen bij het schrijven van device drivers gesteld worden.device drivers gesteld worden.
Device driversDevice drivers
Device Drivers
• Waarom een device driver
• Aanroepen van een driver
• Opbouw van een driver
• Interrupt Request Levels (IRQL’s)
• Interrupt Service Routines (ISR’s) en
Deferred Procedure Calls (DPC’s)
Device drivers
Waarom een device driver
• Vereist door ontwerp van Windows voor– stabiliteit– beveiliging
• Applicatie hoeft minder intelligent te zijn;
er is minder dubbele code
• Apparaat kan gedeeld worden met meerdere applicaties
Device drivers
Aanroepen van een driver
• Keuze voor Borland C++ Builder
• De meeste drivers kunnen benaderd worden alsof het bestanden zijn, dus met de volgende Win32 API functies:– CreateFile– WriteFile– ReadFile– CloseFile
Device drivers
Aanroepen van een driver (2)
• Daarnaast kan met sommige drivers de volgende functie gebruikt worden:
DeviceIoControl
• Invoer aan de functie is:– IOCTL code die het soort verzoek aangeeft
• Gegenereerd door CTL_CODE macro uit winioctl.h
– Invoer- en uitvoerbuffer
Device drivers
Aanroepen van een driver (3)
• Vanwege ingewikkeldheid van aanroepen worden deze in een aparte unit of vaak in een DLL geplaatst
Device drivers
Opbouw van een driver
• Plaats binnen Windows
• DriverEntry routine
• DriverUnload routine
• I/O Request Packet (IRP)
• Dispatch routines
• Voorbeelden IRP’s
Device drivers
Plaats binnen WindowsDevice drivers
Applicatie Win32 API I/O Manager
Device Driver
ongemerkt
API functie aanroep
dispatch routine
Hardware
HAL macro’s
IoXxx functie-aanroepen
DriverEntry routine
• Ontvangt pointer naar Driver Object
• Wordt aangeroepen wanneer de driver door Windows geladen wordt
• Initialiseert pointers naar andere routines, zoals DriverUnload, AddDevice en StartIo
• Initialiseert MajorFunction array die pointers bevat naar elke dispatch functie
Device drivers
DriverEntry (2)
• Creëert Device Object voor elk apparaat– Device Object heeft gebruikergedefinieerde
Device Extensie voor opslag van variabelen in niet-gepagineerd geheugen
• Creëert voor elk device eventueel een symbolic link:– de naam die een applicatie kan gebruiken met
CreateFile
Device drivers
DriverUnload routine
• Wordt alleen aangeroepen als de driver uit het geheugen wordt geladen voordat het afsluiten van Windows in gang is gezet
• Als deze routine ontbreekt blijft de driver in het geheugen totdat Windows wordt afgesloten
• Als er iets speciaals moet gebeuren als Windows wordt afgesloten moet IRP_MJ_SHUTDOWN worden afgehandeld
Device drivers
I/O Request Packet (IRP)
• Meestal aangemaakt door I/O Manager als gevolg van Win32 API aanroep
• Verplaatst zich vanaf de I/O Manager door de driver
Device drivers
Dispatch routines
• Worden aangeroepen door de I/O manager door de MajorCode uit de IRP als index te gebruiken voor de MajorFunction array van de driver
• Handelen codes zoals IRP_MJ_CREATE, IRP_MJ_WRITE en dergelijke af, die vaak samenhangen met een bepaalde Win32 API aanroep
Device drivers
Dispatch routines (2)
• Completeren IRP door aanroep van IoCompleteRequest of IRP in StartIo wachtrij zetten door aanroep van IoMarkIrpPending
Device drivers
Voorbeelden IRP’s
IRP_MJ_CREATE:
• Wordt verzonden als CreateFile wordt aangeroepen
IRP_MJ_CLOSE:
• Wordt verzonden als CloseFile wordt aangeroepen
Device drivers
Voorbeelden IRP’s (2)
IRP_MJ_WRITE:
• Wordt verzonden als een applicatie WriteFile aanroept
• Kopieert of gebruikt buffer van gebruiker
Device drivers
Voorbeelden IRP’s (3)
IRP_MJ_READ:
• Wordt verzonden als een applicatie ReadFile aanroept
• Kopieert naar of schrijft in buffer van gebruiker
Device drivers
Voorbeelden IRP’s (4)
IRP_MJ_DEVICE_CONTROL:
• Wordt verzonden als een applicatie DeviceIoControl aanroept
• Bevat meestal één groot case statement die de verschillende IOCTL codes afhandelt
Device drivers
Einde opbouw van een driver
• Driver bevindt zich tussen I/O Manager en hardware
• DriverEntry routine is beginpunt• DriverUnload routine is optioneel• I/O Request Packets (IRP’s) verplaatsen
zich door de driver• Dispatch routines worden gebruikt om
IRP’s af te handelen• Verschillende soorten IRP’s
Device drivers
Interrupt Request Levels (IRQL)
• Delen van een driver worden vanuit verschillende contexten aangeroepen
• Afhankelijk van deze context verschilt het IRQL nummer
• Hoe hoger het IRQL, hoe beperkter een driver is in zijn aanroepen
• Code binnen een hoger IRQL kan niet onderbroken worden door code met een lager of gelijk IRQL
Device drivers
IRQL (2)
• Voorbeelden van IRQL’s (hoog naar laag):– DIRQL: hardware IRQL’s
• Van toepassing binnen een ISR voor hardware• Niet alloceren van niet-gepagineerd geheugen
– DISPATCH_IRQL• Van toepassing binnen een DPC routine• Alleen alloceren van niet-gepagineerd geheugen
– APC_IRQL– PASSIVE_IRQL
• Van toepassing binnen dispatch routines• Alloceren van gepagineerd geheugen
Device drivers
ISR’s en DPC’s
• Interrupt Service Routine (ISR) wordt aangeroepen wanneer er een hardware interrupt optreedt
• IRQL = een DIRQL• ISR plant Deferred Procedure Call (DPC)• Windows voert DPC’s uit zodra het IRQL
daalt tot DISPATCH_LEVEL• DPC regelt tijdsintensieve zaken of zaken
die alleen op een lager IRQL mogelijk zijn
Device drivers
Einde device drivers
• Nut device driver
• Aanroepen van een driver
• Opbouw driver
• IRQL’s
• ISR’s en DPC’s
Device drivers
VragenVragen
Er kunnen nu vragen over device Er kunnen nu vragen over device drivers gesteld worden.drivers gesteld worden.
PPort voorbeelddriverPPort voorbeelddriver
Pport driver
• StartIo principe• Terugloopplug• Werking• Probleem• Oplossingen
PPort driver
StartIo principe
StartIo principe:• Dispatch routine roept IomarkIrpPending aan om
IRP in wachtrij te plaatsen• IoStartPacket haalt IRP uit wachtrij en roept de
StartIo routine aan, die verwerking uitvoert afhankelijk van de MajorCode
• StartIo routine roept IoStartNextPacket aan zodat volgende IRP uit wachtrij verwerkt kan worden
PPort driver
StartIo principe (2)
• StartIo routine zorgt voor serialisatie
• StartIo routine verzorgt de eigenlijke I/O met de hardware
• Hoeft niet verplicht gebruikt te worden
PPort driver
Terugloopplug
• Als hardware wordt er een terugloopplug op de parallelle poort gebruikt
• Genereren van interrupt mogelijk via Reset uitgang (gekoppeld aan Ack ingang)
PPort driver
Werking
• StartIo ontvangt IRP
• StartIo roept TransmitByte aan
• TransmitByte genereert interrupt
• ISR roept TransmitByte aan
• Als bytes op zijn dan plant de ISR een DPC in, die de IRP completeert
• DPC completeert IRP
PPort driver
Probleem
• Bugcheck scherm:
MULTIPLE_IRP_COMPLETE_REQUEST
• Oorzaak:
DPC wordt dubbel uitgevoerd,
dus ook de ISR wordt dubbel uitgevoerd
PPort driver
Oplossingen
Oplossing 1:
• Binnen ISR regel verwijderen:
WriteControl(pDevExt, CTL_DEFAULT)
• Zorgt ervoor dat het Interrupt Enabled bit wordt uitgeschakeld
• Veroorzaakt bugcheck scherm bij afsluiten van Windows:
DRIVER_IRQL_NOT_LESS_OR_EQUAL
PPort driver
Oplossingen (2)
Oplossing 2:
• Bijhouden of de DPC al is uitgevoerd nadat een interrupt is gegenereerd
• Werkt alleen goed als de interrupt door jezelf gegenereerd wordt;
acceptabel voor deze driver maar onmogelijk binnen de meeste drivers
PPort driver
Einde PPort driver
• StartIo principe
• Terugloopplug
• StartIo, ISR en DPC implementatie
• Probleem
• Voorlopige oplossing
PPort driver
VragenVragen
Er kunnen nu vragen over de PPort Er kunnen nu vragen over de PPort driver gesteld worden.driver gesteld worden.
EZ-USB oplossingEZ-USB oplossing
EZ-USB oplossing
• Cypress EZ-USB chip• Cypress EZ-USB toolkit• USB MP3 device• USB experimenteerbord
EZ-USB oplossing
EZ-USB chip
• Cypress AN2131
• Snelheid effectief 6 MHz
(24 MHz ÷ 4 klokpulsen)
• 8 kilobyte intern RAM
• Dataoverdracht van MCU naar USB module via RAM geheugen
EZ-USB oplossing
Cypress EZ-USB toolkit
• Firmware voor Keil C51– Keil uVision 2 benodigd
• Broncode van een universele driver• Veel documentatie
EZ-USB oplossing
USB MP3 Device
• Rob Looijmans
• Jan Blanken
• Ron van Balen
• Gerard Akse
EZ-USB oplossing
USB MP3 Device (2)
• Twee stereo MP3 naar analoog decoders
verbonden via SPI bus via UART met EZ-USB processor
• Functioneert als terugloopapparaat en genereert een test sinustoon via een speciaal commando
• Functioneert in de toekomst als USB geluidskaart
EZ-USB oplossing
USB experimenteerbord
• 32 kilobyte extra RAM geheugen• EEPROM via I2C bus• 8 LEDs• 4 drukknoppen, optioneel als interrupts• 2 RS232 poorten• LCD aansluiting• Standaardheaders voor uitbreidingen voor
printplaat Peter Klijn
EZ-USB oplossing
USB experimenteerbord (2)
• Hardware gereed voor 18 april a.s.
• Als voorbeeld wordt een aangepaste driver geschreven
• Geschikt als voorbeeldhardware bij het schrijven van een eigen driver
• Geschikt om te leren werken met een 8051 processor
EZ-USB oplossing
Einde EZ-USB oplossing
• Handige toolkit, inclusief alle benodigde broncode en documentatie
• Tenminste twee projecten maken op dit moment gebruik van de EZ-USB chip
• Het toekomstgerichte experimenteerbord zorgt dat Cypress EZ-USB voorlopig de standaard is binnen Fontys
EZ-USB oplossing
VragenVragen
Er kunnen nu vragen over de EZ-USB Er kunnen nu vragen over de EZ-USB oplossing gesteld worden.oplossing gesteld worden.
SlotSlot
Verdere stageVerdere stage
Stage duurt nog circa 14 wekenStage duurt nog circa 14 weken Vrijwel elke dag tot aan de Vrijwel elke dag tot aan de
zomervakantie beschikbaar voor zomervakantie beschikbaar voor vragen over device drivers in lokaal vragen over device drivers in lokaal 0.1530.153
Slot
SlotSlot
HulpmiddelenHulpmiddelen Device driversDevice drivers Pport driverPport driver EZ-USB oplossingEZ-USB oplossing
Slot
VragenVragen
Algemene vragen over deze Algemene vragen over deze presentatie kunnen nu gesteld worden.presentatie kunnen nu gesteld worden.
EindeEinde
Deze PowerPoint presentatie is Deze PowerPoint presentatie is desgewenst te downloaden vanaf:desgewenst te downloaden vanaf:
stage.sools.comstage.sools.com