windowsnt环境下fddi网卡驱动程序设计

windowsnt环境下fddi网卡驱动程序设计（1）

前言 windows nt是一个功能全面的操作系统，具有完全集成式的连网能力，它的网络模型开始于mac子层，网络接口卡（network interface card以后简称网卡或nic）驱动程序驻留在其中。通过相关的网卡把windows nt与网络连接起来，但一直到80年代后期，许多传输协议的实现受限于mac层接口的独特实现，因为mac层定义了协议与网卡之间的转换机制。 1989年,microsoft和3com两公司提出了一个定义mac层与osi模型高层协议驱动程序之间的网络设备接口规范（network device interface specification : ndis），ndis给数据交换提出了一个灵活的环境，它规范了软件接口──称为ndis接口，传输协议可用它与网卡驱动程序进行通信。因此在windows nt环境下开发核心态网卡驱动程序应遵循ndis规范。 对于高速网络fddi（fiber distributed data interface）网卡驱动程序还需要smt（station management）站管理功能的实现，否则将不能作为一个fddi站连入环结构中，只能实现点到点间的数据通信。故有必要将smt软件移植到网卡驱动程序中，这将又导致对miniport nic驱动程序编程框架的破坏，于是有必要形成fddi网卡驱动程序（包含smt）与windows nt操作系统的良好接口──由逻辑网卡的注册和mac层驱动程序的初始化来完成。 所以，本课题旨在深入研究应用microsoft公司的ddk（device driver kit）将smt移植于windows nt的fddi网卡驱动程序过程中如何注册miniport nic驱动程序。即怎样正确注册逻辑网卡和mac驱动程序的初始化。着重讨论与初始化相关的上边缘函数的使用和调用关系以及初始化过程中遇到的各种问题的具体解决。 第一章windows nt环境下fddi网卡驱动程序 总体结构介绍 第一节windows nt网络结构 §1.1.1 windows nt网络体系结构 windows nt的网络体系结构是基于国际标准化（iso）制定的标准模型──开放式系统互连（open system interconnection：osi）参考模型分层建立的，这种方式有利于随时扩展其它功能和服务。 windows nt网络模型开始于mac子层，网卡驱动程序就驻留在其中。它通过相关的网卡把windows nt与网络连接起来，图中的多个网卡表明在一台运行windows nt的计算机上能使用多种网卡。 这一网络体系结构包括两个重要接口──ndis接口与传输驱动 程序接口（tdi）。这两个接口把两个层隔离开来，办法是相邻的部件只允许按单一的标准来写，不允许多重标准。例如一个网卡驱动程序（在ndis接口的下面）就不需要特地按每个传输协议来写它的代码块，恰恰相反，该驱动程序是写给ndis接口的，它通过符合ndis的相应传输协议来请求服务。这些接口包含在windows nt的网络体系结构中，以容纳可移植、可互换的模块。 在两个接口之间，是传输协议。它在网络中起着组织者的作用。一个传输协议规定了数据以何种方式呈递给下一个接收层，以及如何对数据相应地进行打包。它通过ndis把数据传给网卡驱动程序，并通过tdi把数据传给转发程序（redirector） tdi之上是转发程序，它把本地的网络资源申请转送给网络。 为了能和其他厂商的网络互连，windows nt允许有多个转发程序。对于每一个转发程序windows nt计算机必须也有一个相应的供应者（provider）(由网络厂商提供)。多供应者路由选择程序决定适当的供应者，然后借助于供应者，对应用请求到相应的转发程序做出选择。 §1.1.2 windows nt网络驱动程序 windows nt支持两种类型的网络驱动程序 传输驱动程序 实现数据链路层中的逻辑链路控制子层协议和传输层协议。向 下与ndis接口，向上与tdi接口。 网卡驱动程序 实现对物理层的管理和数据链路层中介质访问控制子层协议，通过ndis向下管理物理网卡，向上与传输驱动程序通信。 §1.1.3 windows nt网卡驱动程序 windows nt环境下的网卡驱动程序也分为两种： miniport网卡驱动程序：miniport驱动程序只须实现与网络硬件相关的操作（包括发送和接收）。而所有底层网卡驱动程序的通用操作（如同步），一般由ndis接口程序来实现。　　 full网卡驱动程序：full网卡驱动程序必须实现所有硬件相关和同步、排队等操作。例如full网卡驱动程序为了响应数据接收，需要保持本身的捆绑信息，而miniport就可以由ndis接口库来实现。 在windows nt的早期版本中，full网卡驱动程序要求开发者实现许多底层操作，来处理多处理器的核心问题以及处理器、线程的同步，这样不同的开发者在大量重复着许多相同的工作。 而miniport网卡驱动程序允许开发者仅仅写一些与网络硬件相关的代码即可，而那些通用的函数由ndis接口库来实现，这样开发出来的驱动程序减少了不必要的工作。 第二节miniport驱动程序的结构 ndis接口规范了网卡驱动程序的实现，同时也对tdi驱动程序的实现提出了一定的要求，在nt中，ndis约束下的网卡驱动程序、tdi驱动程序和系统的关系如下图所示： 图2.0 ndis约束下的网卡驱动程序、tdi驱动程序和系统的关系 miniport驱动程序包括驱动程序对象、驱动程序源代码和ndis接口库代码。windows nt ddk提供ndis.h作为miniport驱动程序的主要头文件，定义了miniport驱动程序的入口点、ndis接口库函数和通用数据结构。 上边缘函数的作用是网卡驱动与ndis接口库进行通信，而下边缘函数是tdi协议驱动程序与ndis通信的手段。 §1.2.1 miniport网卡对象 ndis用一个叫做逻辑网卡的软件对象来描述系统中的每块网卡，而逻辑网卡与windows nt设备对象的通信由i/o子系统来管理，描述网卡的设备对象包括相关的网络信息如名字、网络地址和网卡内存基地址等，它还包含与硬件相关的驱动程序状态数据（捆绑数目，捆绑句柄，包过滤数据库等）。ndis分配一个句柄到miniportinitialize这个上边缘函数的一个结构中，然后miniport网卡驱动程序将在以后提供这个句柄来给ndis调用，这个结构一直被ndis保持，并且对miniport驱动程序不透明。 当miniport网卡驱动程序初始化一块网卡时，它创立自己的内部数据结构来描述网卡，记录需要它管理的与设备相关的状态信息。当miniport网卡驱动程序调用ndismsetatttibutes或ndismsetattributesex两ndis库函数时，它传递一个句柄给这数据结构。这样，当调用miniport驱动程序入口点时，它就传递这个句柄来验证驱动程序所对应的网卡的正确性。这个数据结构为miniport网卡驱动程序所拥有并维护。 §1.2.2网络对象标识符 miniport nic驱动程序还需要维护一组对象，这些对象是系统定义的对象标识符（object idetifier：oid）来标识，以描述驱动程序的性能和当前状态信息。为查询这些信息，上层驱动程序调用ndisrequest向ndis接口库指示oid。oid表示了调用所需的信息类型，如miniport驱动程序所支持的lookahead缓冲区大小等。ndis接到上层驱动程序的查询请求，将oid传递给上边缘函数miniportqueryinformation实现对oid的查询，如果上层驱动程序请求改变状态信息则调用miniportsetinformation实现对oid的设置。 §1.2.3 miniport网卡驱动程序代码 典型的miniport nic驱动程序必须有一些函数来通过ndis接口实现上层驱动程序与硬件的通信。这些函数称为上边缘服务函数。 这些上边缘服务函数由驱动程序的开发者根据驱动程序面向的特定低层网络类型和硬件以及相应环境，可以有选择地实现，但必须保证驱动程序最基本的功能，这些基本功能包括初始化、发送、中断处理、重置、参数查询与设置和报文接收。 miniportinitialize：操作系统根据系统配置信息，检测出网卡已安装时，由ndis接口在初始化时调用，主要完成低层网络类型确定，对应于物理网卡的逻辑网卡初始化，中断信息注册，网卡与主机通讯方式的确认。i/o端口的申请与注册，内存映像，mib的初始化，物理网卡的验证与初始化等。 miniportreconfigure：支持网卡参数动态变化，和miniportinitilize一样由ndis接口以初始化级别调度执行（不能屏蔽中断，必须由驱动程序承认并清除在此期间产生的中断），支持即插即用和软配置的网卡在动态改变参数时，必须提供此函数。　　 miniportqueryinformation：查询网卡的状态以及网卡驱动程序的操作或统计参数，如是否支持组通讯、网卡的物理速率是否支持回环、是否支持直接拷贝等，这些参数以oid方式统一管理。 miniportsetinformation：ndis接口或协议驱动程序通过调用此接口改变驱动程序维护的oid库，一些操作参数的改变也将同时改变驱动程序状态，例如组地址的设置。 miniportreset：包括网卡硬件重置和驱动程序软件重置，软件重置包括驱动程序状态重置，以及一些相关的参数重置，还需考虑有些参数的恢复，重置时不必完成所有正在活跃的外部请求，但必须释放已占用的外部资源。 miniporthalt：挂起网卡并释放该网卡驱动程序占用的所有资源，在此期间不屏蔽中断。 miniportisr：高优先级的中断处理程序，进行的工作包括初始中断处理类型，决定是否进行中断转交，对卡上中断进行处理 等，该服务类型只在以下情况被调用： ndis接口调用miniportinitialize和miniporthalt两函数时。

第三阶段：获取注册库中各种控制信息，如用户定义的非页内存大小；第四阶段：初始化注册库 \registry\machine下system和hardware并创建currentcontrolset,为装入相关硬件设备驱动程序作准备；
第五阶段：装入基本核心驱动程序；
第六阶段：释放一些已经完成使命的装入初始数据块；
第七阶段：进一步初始化注册库，以便有些依赖于基本核心驱动程序的上层驱动程序能顺利装入；
第八阶段：服务控制器装入应该由该服务控制器装入的各种驱动程序。

§2.2.2 fddi网卡驱动程序的加载过程
在windows nt启动的第五个阶段，将加载核心驱动程序。而对于ndis网卡驱动程序是在ndis接口（ndis.sys）加载后调入运行，向ndis wrapper注册、初始化、查询设置参数等。
windows nt启动时，相应的实体如nt的服务控制器根据注册库中yhfddi驱动程序的配置注册信息，初始化ndis wrapper，并装入相应的驱动程序，生成驱动程序管理块结构，申请内存以保存各种信息，向ndis wrapper注册驱动程序。初始化和注册完毕后，再由服务控制器读取注册库中相应的链接信息。
在ndis wrapper和yhfddi驱动程序初始化和注册成功后，ndis wrapper根据系统相应的注册信息，加入和yhfddi驱动程序所对应的fddi网卡，同时读入网卡的注册信息，并进行网卡注册和网卡初始化。
在以上过程成功后，wrapper将查询和设置驱动程序的各种参数，了解驱动程序对哪些操作支持，决定对上层驱动程序的支持范围。
第三节fddi网卡驱动程序的注册
driverentry函数是windows nt ddk规定的核心驱动程序的入口点，wrapper识别到入口点后，调入驱动程序，在driverentry函数内完成两个基本注册任务：
调用ndisminitializewapper函数向ndis接口报告驱动程序将以miniport类网卡驱动程序注册。ndis建立它需要记录的驱动程序状态信息，同时返回ndiswrapperhandle，驱动程序保存这个句柄，以利后来调用ndisxxxconfiguration和initialization等函数。
填写ndisxx_miniport_characteristics属性结构，主要记录ndis版本号和驱动程序支持的miniportxxx函数的入口点，然后调用ndismregisterminiport函数实现驱动程序的整体注册。
以yhfddi为例所要注册的属性结构的内容大致如下：
ndis_miniport_characteristics yhfddichar;
(ndis_miniport_characteristics这个结构将在第三章介绍)
yhfddichar.majorndisversion=yhfddi_ndis_major_version;
yhfddichar.minorndisversion=yhfddi_ndis_minor_version;
这两个属性决定驱动程序是ndis的哪个版本所支持，我们所用的是ndis3.0
yhfddichar.disableinterrupthandler=yhfddidisableinterrupt;
yhfddichar.enableinterrupthandler=yhfddienableinterrupt;
yhfddichar.isrhandle=yhfddiinterruptservice;
yhfddichar.handleinterrupthandler=yhfddihandleinterrupt;
以上四项属性是中断处理所需的上边缘服务函数的入口点（句柄）。fddi网卡驱动程序需要有smt站管理功能，而smt是以中断处理方式进行的，故这四项属性在fddi网卡驱动程序中是很重要的。
yhfddichar.initializehandler=yhfddiinitialize;
此项注册的是驱动程序的初始化函数句柄。
yhfddichar.queryinformationhandler= yhfddiqueryinformation;
yhfddichar.setinformationhandler=yhfddisetinformation;
这两项注册的是参数查询和设置函数的句柄。
yhfddichar.sendhanler= yhfddisend;
yhfddichar.transferdatahandler= yhfdditransferdata;
主要提供数据发送和接收函数句柄。　　
yhfddichar.resethandler=yhfddireset;
此项注册网卡软硬件重置函数句柄。
yhfddichar.halthandler= yhfddihalt;
此项注册网卡驱动程序挂起函数句柄。
yhfddichar.checkforhandler=null;
yhfddichar.reconfigurehandler=null;
这两个上边缘服务函数是fddi网卡驱动程序所不提供的，故置为null。
填好这些结构以后，调用以下函数实现驱动程序的注册：
ndismregisterminiport(
yhfddiwrapperhandle,
&yhfddichar,

sizeof(yhfddichar));
其中yhfddiwrapperhandle是在此之前初始化wrapper调用ndisminitializewrapper所得的句柄。
如果调用ndismregisterminiport不能返回ndis_status_success，必须在退出driverentry之前释放已经分配的资源（如yhfddiwrapperhandle等），故调用
ndisterminatewrapper(yhfddiwrapperhandle,null)。
这样驱动程序没能正确注册，亦不能正常运行。
第四节 网卡驱动程序对象查询与设置
如果ndis的管理实体要查询或设置一个特定的网络对象，它必须提供一个32位的oid。oid的结构如下： 图2.3.0 oid结构图
由上可以看到，oid可分为三大类：
所有ndis驱动程序都有的一般对象；
特定介质的对象；
特殊的与具体实现相关的对象（如多目地址表的长度）。
一般的和特定介质的oid被记录在windows nt ddk中，对于这些oid ddk文本指明了相关的对象能否通过miniportqueryinformation查询参数和通过miniportsetinformation设置参数。
oid也可被分为操作特性（如多目地址表长度参数）和统计参数（如广播包接收）。最后oid可分为必须的和可选的两种。
oid的前三个字节表明oid的不同类别，而最后一个字节确定这一类别内特定的信息管理对象。