USB驱动编程培训upload课件

《USB驱动编程培训upload课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《USB驱动编程培训upload课件（41页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,USB驱动编程培训upload,*,USB驱动编程培训upload,2024/12/11,USB驱动编程培训upload,简介,USB编码以及总线数据结构,USB数据流模型,USB的PNP管理,USB的电源管理,USB数据包与应用程序,2024/12/11,2,USB驱动编程培训upload,USB编码以及总线数据结构,USB编码,USB总线数据结构,包,传输事务,帧结构,2024/12/11,3,USB驱动编程培训upload,USB编码,USB接口针脚结构：,同步时钟+数据：,采用了,NRZI(Non

2、Return to Zero Invert)反向非归零编码；,既能保证数据传送的完整，也不需要独立的时钟信号,2024/12/11,4,USB驱动编程培训upload,包(Package),包的格式：令牌包，数据包，握手包,用7个0和1个1作为同步序列,2024/12/11,5,USB驱动编程培训upload,USB传输事务(Transaction),每个传输事务由三个包组成。,2024/12/11,6,USB驱动编程培训upload,帧结构(Frame),每个帧内数据由传输事务组合组成,2024/12/11,7,USB驱动编程培训upload,USB总线数据结构,由于有许多设备都接到了USB

3、上，因此每1ms产生的传输帧是混合的。其中,中断传输(Interrupt),和,同步传输(Isochronous),对时间要求高，因此占用了约90的总带宽，,控制传输(Control),占用了约10的带宽，而批量传输(Bulk)则使用剩下的可用带宽,2024/12/11,8,USB驱动编程培训upload,USB数据流模型,USB协议简介,USB外设与总线,数据流模型,模型整体框架,参与通信抽象对象,实际数据流向,驱动程序与系统内核之间的关系,USB驱动例程中的一些回调接口,2024/12/11,9,USB驱动编程培训upload,USB协议简介,USB协议：,USB采用轮询的广播机制传输数据

4、,即“令牌包，数据包，握手包”；,根据包标识符PID字段，用于识别数据包类型；,字段-包-传输事务-帧；,不同传输模式是通过相应的传输事务序列下实现的。,2024/12/11,10,USB驱动编程培训upload,USB外设与总线,PC机上USB接口设备的连接拓扑结构,2024/12/11,11,USB驱动编程培训upload,数据流模型,USB必须分层理解：,用户应用程序；,IO管理器层；,驱动程序；,硬件抽象层(HAL)；,硬件外设,2024/12/11,12,USB驱动编程培训upload,模型整体框架,客户软件,：,对设备功能进行操作软件，它是针对 物理设备功能开发的。,USB系统,：

5、它包括操作系统对USB支持,USB控制器总线驱动，既占硬件也占软件，好比一个翻译。,USB设备驱动,：客户端软件与USB系统的之间的接口。,USB控制器,将,IRP,译码成USB协议数据传输到USB总线上；,2024/12/11,13,USB驱动编程培训upload,参与通信的抽象对象,通道(pipe),：就是主机与设备之间传输的数据的模型共有两种类型的管道：,无格式的流管道（Stream Pipe）,和,有格式的信息管道（Message Pipe）,2024/12/11,14,USB驱动编程培训upload,参与通信的抽象对象,逻辑设备(device)：,驱动程序对应硬件实际功能暴露给操作系

6、统内核接口的抽象对象；每个设备都有一个默认的控制端点,。,配置(Configuration)：,用于设置一些结构来设定设备功能接口。,接口(Interface)：,逻辑设备中功能相近相同的一些端点的集合,。,端点(EndPonit):,位于USB设备或主机上的一个数据缓冲区，用来存放和发送USB的各种数据，每一个端点都有惟一的确定地址，有不同的传输特性（如输入端点、输出端点、配置端点、批量传输端点）,2024/12/11,15,USB驱动编程培训upload,实际数据流,如右图所示,：,客户软件通过USB设备驱动(USBD)发送IRQ请求请求传送数据；,主机控制器驱动(HCD)将接收IRQ请求

7、解析成USB传输和传输事务。,主机控制器将这些USB传输和传输事务打包成USB协议数据包通过USB总线传输给USB设备交互,2024/12/11,16,USB驱动编程培训upload,驱动程序与操作系统之间的关系,USB总线的设备也属于即插即用设备，由上一小节可知，USB驱动程序主要还是通过IRP包进行数据交换，操作系统主要就是通过PNP管理器与IO管理器与以及部分内核对USB驱动程序的中断，内存资源进行管理；,操作系统用户模式,IO管理器,即插即用PNP管理器,操作系统内核,USB驱动程序,硬件抽象层,USB硬件设备,2024/12/11,17,USB驱动编程培训upload,USB驱动程序

8、一些例程函数接口,在USB驱动程序入口例程DriverEntry中，DRVER_OBJECT对象专门在majorFuction数组预留以下接口处理相对应的IRP：,IRP_MJ_CREATE 以文件形式打开设备准备读写,调用其做准备；,IRP_MJ_CLOSE 当前用户关闭文件（closeHandle）时，调用它清扫系统；,IRP_MJ_PNP 处理即插即用的操作,IRP_MJ_READ 处理读文件操作（Read File）,IRP_MJ_WRITE 处理写文件操作（Write File）,IRP_MJ_DEVICE_CONTROL 处理来之硬件对操作系统的IO控制码。,2024/12/11,

9、18,USB驱动编程培训upload,IRP_MJ_CREAT,以文件形式打开设备，检查设备状态，是否正常工作；,取消设备挂起，打开管道，并将此管道与文件的变量相关联,；,OpenHandleCount内核对象计数加一；,这是creafile相关联的；,2024/12/11,19,USB驱动编程培训upload,IRP_MJ_READ和IRP_MJ_WRITE,单独一个例程完成他们：,初始化URB，并判断通道工作方式，并从文件中获取管道信息。,检查IRP的MDL（a memory descriptor list）,根据读写变量设置URB标志位。,根据MDL开辟内存，上层用户模式数据映像，构造U

10、RB请求；,2024/12/11,20,USB驱动编程培训upload,PNP即插即用管理器,PNP管理器概述以及相关组件,即插即用IRP,PNP管理器在USB驱动程序的操作,2024/12/11,21,USB驱动编程培训upload,PNP管理器概述,什么是PNP管理器呢？,PNP plug and play 即插即用设备管理，其主要有以下四个作用：,操作系统能检测新设备插入，也能检测得到设备的拔出；,如果总线接口允许，设备可以实现热插拔，并保证操作系统正常工作；,设备允许软件配置。,操作系统应该知道哪些是正确的驱动程序，并智能地加载。,2024/12/11,22,USB驱动编程培训uplo

11、ad,PNP即插即用管理器相关组件,即插即用管理程序（用户模式）,用户模式,内核模式,注册表,IO管理器,执行体,即插即用管理程序,电源管理程序,设备wdm驱动程序,总线驱动程序,硬件抽象层HAL,2024/12/11,23,USB驱动编程培训upload,即插即用IRP,即插即用IRP（IRP_MJ_PNP）：,由即插即用管理器发送给设备驱动程序的；,在驱动对象的主功能函数内有一个回调派遣函数用于处理PNP的IRP包；,不用的IRP代表不同的功能，如下表所示：,2024/12/11,24,USB驱动编程培训upload,子功能代码,描述,IRP_MN_START_DEVICE,配置并初始化设

12、备,IRP_MN_QUERY_REMOVE_DEVICE,设备可以被安全的删除,IRP_MN_REMOVE_DEVICE,关闭并删除设备,IRP_MN_CANCEL_REMOVE_DEVICE,忽略以前的QIERY_REMOVE,IRP_MN_STOP_DEVICE,关闭设备,IRP_MN_QUERY_STOP_DEVICE,询问设备可以关闭了吗,IRP_MN_CANCEL_STOP_DEVICE,忽略以前的QUERY_STOP,IRP_MN_DEVICE_RELATIONS,给出指定特征的设备列表,IRP_MN_QUERY_INTERFACE,获得调用函数接口地址,IRP_MN_CAPABI

13、LITIES,取得设备能力,IRP_MN_QUERY_RESOURCES,取得引导配置,IRP_MN_QUERY_RESOURCES_REQUIREMENTS,取IO资源需求,IRP_MN_QUERY_DEVICE_TEXT,获得描述信息或位置串,IRP_MN_QUERY_PNP_DEIVCE_STATE,获取设备状态,IRP_MN_QUERY_BUS_INFORMATION*,获取父总线类型,IRP_MN_SUPPRISE_REMOVE,通知设备意外被删除,2024/12/11,25,USB驱动编程培训upload,PNP管理器对USB总线的管理,2024/12/11,26,USB驱动编程培

14、训upload,USB驱动程序在完成即插即拔PNP整过所操作数据结构：,URP（USB Requst Package）USB请求包，这个数据结构也是通过操作IRP的内核函数传送直总线驱动层上。,通过操作URP进行对USB设备热插拔的枚举，配置和删除。,通过对URP的PNP管理操作我们可以得到来自硬件数据描述，如：设备描述符，配置描述符，接口描述符，端点描述符。,如图可见这些数据的树状结构：,2024/12/11,27,USB驱动编程培训upload,2024/12/11,28,USB驱动编程培训upload,USB电源管理,WDM电源管理模型概述,基本概念,电源状态和设备状态,关于USB电源管

15、理策略,USB处理电源管理的基本IRP规则,USB驱动应该响应的电源管理器发出IRP,2024/12/11,29,USB驱动编程培训upload,WDM电源管理模型,基本概念：,电源管理器：为了于减少系统不必要的功耗，基于ACPI(Advanced Configuration Power Interface)规范作为计算机全局电源策略，操作系统支持一些用户接口，用户可以通过这些接口控制最终的电源管理策略。,电源管理是操作系统通过处理驱动程序来实现的。,支持PNP的驱动必须支持电源管理，支持电源管理的驱动程序必须支持PNP,两者是被集成而相互依赖。,2024/12/11,30,USB驱动编程培训

16、upload,电源状态分以下六个状态：,系统电源状态,含义,SO(Working),CPU全功率运行,S1（Sleeping1）,CPU停止,RAM被刷新,S2（Sleeping2）,CPU不通电，RAM被刷新,S3（Sleeping3）,CPU不通电，RAM处于低速刷新模式，电源功率输出降低,S4（Hibemate）,系统停止，RAM被保存到磁盘,S5（Shutdown),系统停止并关闭，需要完全引导以恢复操作,2024/12/11,31,USB驱动编程培训upload,设备电源状态：,操作系统不直接处理设备的电源状态,而是有驱动程序专门处理。设备至少要支持D0与D3。,设备电源状态,含义,D0,设备全功率运行,D1,设备运行于低功耗模式,设备环境可能被保留,D2,设备运行低功率模式,设环境可能无效,D3,设备没有电,环境丢失,2024/12/11,32,USB驱动编程培训upload,关于USB电源管理策略,USB电源管理策略：,USB处理电源管理的基本IRP规则,USB驱动应该响应的电源管理器发出IRP,2024/12/11,33,USB驱动编程培训upload,用户模式的USB