基于WINDOWSDDK的USB键盘驱动开发
【摘要】USB接口具有方便快速等优点，已经发展成为一种比较普遍的计算机与外设的接口。基于微软windows系统DDK，本文介绍了一种非标准USB键盘的windows设备驱动程序的开发过程与方法。
【关键词】设备驱动；驱动开发包；非标准键盘
1.引言
USB总线的成功关键是使用户感到了使用USB设备的方便。即插即用（PnP）概念的使用使某些硬件的安装过程得到了简化。USB规范中指出，适合迁移到USB1.1上的硬件限定于那些低速到中速的外设，包括键盘，鼠标等。即这些设备的数据传输速率低于12Mb/sec，并且能通过单一的PC接口被系统软件识别。现在标准的usb键盘设备只需要遵循一些hid设备的协议就可以被windows操作系统自动识别无需设备制造商开发驱动程序，但有些键盘带有特殊功能，所以需要设备驱动程序。
2.Usb软件系统简介
USB设备对于USB系统来说是一个端点的集合，端点被分成组，一组端点实现一个接口，如图1所示。设备端点和主机软件之间利用管道进行数据交互。设备驱动程序就是通过这些接口和管道与设备进行通信的。
USB数据传输就是指发生在主机软件和USB设备上特定端点（endpoint）之间的数据交互，一个设备可以具有若干管道（pipe）。一般情况下，一个管道中数据传输与其他管道中的数据传输是相互独立的。这种发生在管道中的数据流动共有4种基本类型：
（1）控制传输，一般发生在设备枚举阶段
（2）块传输，一般用于usb disk
（3）中断传输，一般用于键盘鼠标类设备
（4）流传输，一般用于语音视频流设备
USB设备驱动程序都必须使用这些管道和接口来管理设备，而不是直接通过内存或I/O端口来存取来管理。
3.Windows驱动程序的工作原理
3.1 Windows驱动程序基本架构
驱动程序与应用程序的最大差别在于驱动程序的架构。应用程序从头到尾都在main或者winmain函数的控制下执行，驱动程序不存在这样的函数，而只是一个由I/O管理组件根据需要调用的子例程的集合，I/O管理组件根据不同的情况调用驱动程序中不同的例程。构成内核模式驱动程序的主要例程包括：初始化和清除例程，I/O系统服务调度例程，数据传输例程和资源回调例程，下面是一个基本的驱动例程架构：
extern”C”
NTSTATUS
DriverEntry（IN PDRIVER_OBJECT DriverObject，IN PUNICODE_STRING RegistryPath）
{
DriverObject->DriverUnload=Driver Unload； DriverExtension->AddDevice=AddDevice；
DriverObject->DriverStartIo=StartIo；
DriverObject->MajorFunction[IRP_MJ_PNP]=DispatchPnp； MajorFunction[IRP_MJ_POWER]=DispatchPower；
DriverObject->MajorFunction[IRP_MJ_SYSTEM_CONTROL]=DispatchWmi；
... Length+sizeof（WCHAR））；
if（！servkey.Buffer）
return STATUS_INSUFFICIENT_RESOURCES；
servkey.Maximum Length=Registry Path->Length+sizeof（WCHAR）；
RtlCopyUnicodeString（&servkey，RegistryPath）；
return STATUS_SUCCESS； Device Extension；
dx->fdo=fdo；
dx->pdo=pdo；
dx->UsageCount=1；
KeInitializeEvent（&dx->StoppingEvent，NotificationEvent，FALSE）；
dx->OpenHandleCount=0；
dx->GotResources=false；
dx->Paused=false；
dx->IODisabled=true；
dx->Stopping=false；
dx->UsbConfigurationHandle=NULL；
dx->UsbPipeHandle=NULL；
dx->UsbTimeout=10；
DebugPrint（”FDO is %x”，fdo）；
//Register and enable our device interface
status=IoRegisterDeviceInterface
（pdo，&USBKBD_GUID，NULL，&dx->ifSymLinkName）；
if（！NT_SUCCESS（status）） {
IoDeleteDevice（fdo）；
return status； }
dx->NextStackDevice=IoAttachDeviceToDeviceStack（fdo，pdo）；
fdo->Flags|=DO_BUFFERED_IO|DO_POWER_PAGABLE；
fdo->Flags &=～DO_DEVICE_INITIAL IZING；
return STATUS_SUCCESS；
}
当USB堆栈分配完资源后，将发送一个IRP_MN_START_DEVICE，此时DriverEntry例程中指定的IRP_MJ_PNP处理函数将被激活。它将完成下面的工作：获取设备描述符；获取配置描述符；从配置描述符中选择一个接口，并用该接口配置设备。这就是USB设备的枚举过程，如枚举成功，将配置信息放在设备扩展中，这时的驱动程序已经完全就绪，等待应用程序发出与设备进行通信的请求。
4.2 USB键盘设备的数据交互过程
当应用程序与设备进行数据传输时，应用程序首先必须调用CreateFile打开设备，然后利用返回句柄对设备进行读写操作，用户在调用CreateFile时使用的文件名一般是驱动程序里建立一个符合链接（SymLinkName）。对于驱动程序，当应用程序调用CreateFile时，相应于IRP_MJ_CREATE的处理函数被激活，并完成下面工作：获取当前IRP的堆栈指针，通过堆栈指针获得要打开的文件名，然后通过文件名找到内部管道ID，如对当前接口此管道ID合法，则将该管道打开，并返回给应用程序一个句柄。
管道打开后，APP将会调用ReadFile或者WriteFile从设备读取数据或向设备写数据。此时驱动程序中对应于IRP_MJ_READ或者IRP_MJ_WRITE的处理函数被激活。这些处理函数将读写请求转换成相应的USB请求包（URP）传递给下层驱动程序，并等待I/O处理的最后完成。本项目USB设备数据传输采用中断方式，IRP_MJ_READ对应函数UsbKbdRead，IRP_MJ_WRITE对应函数UsbKbdWrite，IRP_MJ_CREATE对应函数UsbKbdCreate，对于UsbKbdCreate函数里配置设备接口时，由于标准键盘的中断传输就是单方向只有一个管道，本文的非标准键盘是自定义的也需要对键盘进行写操作，所以需要配置一个IN和OUT管道，所以配置函数UsbSelectConfiguration里需要配置设备传递来中断端点的管道信息。
5.驱动程序的编译调试
为了能在VC下利用DDK编译驱动程序，创建文本文件build.bat，并粘贴下面代码
@echo on
set DDKPATH=D：＼WINDDK @ddk安装目录
set PRJDRV=F：
set PRJPATH=F：＼UsbKbd @项目程序目录
rem call BuildDriver.bat %DDKPATH% %PRJDRV% %PRJPATH% %1 %2
if %1==““goto usage1
if %2==““goto usage2
if not exist %DDKPATH%＼bin＼setenv.bat goto usage
call %DDKPATH%＼bin＼setenv.bat %DDKPATH% %1 %2
@echo on
%PRJDRV%
cd %PRJPATH%
build %1 %2
goto exit
：usage1
echo usage can’t know DDK path！
goto exit
：usage2
echo usage can’t know os type！
：exit
建立一个新的makefile工程，并在build command line那里设定build.bat free wxp，就是进行free版本的编译并利用wxp的DDK，本项目调试主要通过DebugPrint打印信息。
6.结束语
本文分析了驱动程序的工作原理，给出了编写驱动程序的主要过程，给出编写驱动程序的总体架构，并在主要细节上作了解释，为开发人员提供一定的参考。
参考文献
[1]Art Baker.Windows2000设备驱动程序设计指南[M].北京：机械工业出版
社，2001.
[2]杨龙，刘岩.USB设备驱动程序的设计与开发[J].北京：装备指挥技术学院学报，2003-01-Vol14.
[3]刘蓬，张培仁.用DDK开发WDM驱动程序[J].合肥：计算机应用，2003（12）：vol23.
[4]Walter Oney.Programming the Microsoft Windows Driver Model[M].1999.
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