摘要: 文章介绍了USB和WDM驱动程序的基本概念和结构，结合实例阐述了用NuMega 公司的DriverStudio工具包开发Windows 2000环境下WDM USB设备驱动程序的方法，并给出关键例程主要代码。

　　关键词：USB WDM 设备驱动程序 DriverStudio

　　引言

　　随着微机技术水平的日益提高，传统的计算接口已经不能满足当前计算机高速发展的需求，计算机业界迫切需要新的通用型、高速总线接口。通用外设接口标准USB应运而生。USB,全称为通用串行总线（Universal Serial Bus），它是Compaq、IBM等PC大厂商联合开发的一种新型的、基于令牌的、高速的串行总线标准。开发者要设计USB设备接口，就必须首先了解USB协议，在此基础上有针对性的开发USB设备驱动程序。

　　USB简介

　　在众多的PC机总线中，USB以其突出的优点独树一帜：① 使用方便。支持热拔插，不涉及中断请求（IRQ）冲突等问题，能真正做到“即插即用”。②传输速率高。目前的USB 2.0协议速度高达480Mbps 。③易于扩展。通过使用Hub扩展可连接多达127个外设。④使用灵活。USB共有４种传输模式：控制(control)、同步(Synchronization)、中断(interrupt)、批量(bulk)，以适应不同设备的需要。⑤独立供电。正由于上述优点，开发USB接口的设备已成为一种发展趋势。

　　一个完整的USB系统包括主机系统和USB设备。所有的传输事务都是由主机发起的。一个主机系统又可以分为以下几个层次结构，如图1所示：

图1 USB 互连通信模型

    USB总线接口包括USB主控制器和根集线器，其中USB主控制器负责处理主机与设备之间电气和协议层的互连，根集线器提供USB设备连接点。USB系统使用USB主控制器来管理主机和USB设备之间的数据传输，另外它也负责管理USB资源,如带宽等。应用软件不能直接访问USB设备硬件，而通过USB系统和USB总线接口与USB设备进行交互。

　　USB设备包含一些向主机软件提供一系列USB设备的特征和能力的信息的设备描述符，用来配置设备和定位USB设备驱动程序。这些信息确保了主机以正确的方式访问设备。通常，一个设备有一个或多个配置(Configuration)来控制其行为。配置是接口(Interface)的集合，接口指出软件应该如何访问硬件。接口又是端点(endpoint)的集合，每一个与USB交换数据的硬件就为端点，它是作为通信管道的一个终点。图1显示了一个多层次结构的通信模型，它表明了端点和管道所扮演的角色。

　　WDM驱动程序和USB驱动程序的分层结构

　　设备驱动程序实际上是指一系列控制硬件设备的函数，是操作系统中控制和连接硬件的关键模块。它提供连接到计算机的硬件设备的软件接口。

　　1、WDM 驱动程序介绍

　　WDM(Win32 Driver Model)是Microsoft公司力推的一种符合Windows2k/XP下的内核模式驱动程序的分层体系结构的驱动程序模式。它源于 Windows NT的分层32位设备驱动程序模型，它支持更多的特性，如即插即用（ PnP ，Plug and Play ）、电源管理（ PM ，Power Management ）、Windows管理诊断（ WMI ，Windows Management Instrumentation ）和 NT 事件。它为Windows操作系统的设备驱动程序提供了统一的框架，在Windows平台上，WDM将成为主流的驱动模式。

　　WDM引入了功能设备对象FDO(Function Device Object)与物理设备对象PDO(Physical Device Object)两个新类来描述硬件，一个PDO对应一个真实的硬件。一个硬件只允许有一个PDO，却可以拥有多个FDO，在驱动程序中直接操作的不是硬件而是相应的PDO和FDO。

　　WDM是通过一个128位的全局唯一标识符(GUID)实现驱动程序的识别。应用程序与WDM驱动程序通信时，应用程序将每用户请求形成I/O请求包(IRP)发送到驱动程序。驱动程序识别出IRP请求后指挥硬件执行相应操作。

　　2、开发WDM驱动程序的方法

　　目前开发WDM驱动程序的方法有三种：

　　①使用 Microsoft 的 Windows2000 DDK工具开发。②使用 KRFTech 公司的 WinDriver 。③使用 NuMega 公司的 DriverStudio 。

　　3、WDM型的USB驱动程序结构

　　对于USB设备来说，其WDM驱动程序分为USB底层（总线）驱动程序和USB功能(设备)驱动程序。USB驱动程序符合Windows 2000下的内核模式驱动程序的分层体系结构，如图2所示：

图2 WDM型的USB驱动程序体系结构

    USB底层驱动程序由操作系统提供，负责与实际的硬件打交道，实现烦琐的底层通信。USB功能驱动程序由设备开发者编写，不对实际的硬件进行操作，而是通过向USB底层驱动程序发送包含URB（USB Request Block，请求块）的IRP，来实现对USB设备信息的发送和接收。采用这种分层驱动程序的设计方法有两个优点：(1)多个USB设备可以通过USB底层驱动程序来协调它们的工作。(2)编写分层驱动程序较之编写单一驱动程序相对简单，且可以节省内存和资源，不易出错。

　　USB驱动程序工作简述如下：当应用程序想对USB设备进行I/O操作，它需调用Windows API函数，I/O管理器将此请求构造成一个合适的I/O请求包（IRP）并把它传递给USB功能驱动程序。USB功能驱动程序接收到这个IRP后，根据IPR中包含的具体操作代码构造相应USB请求块（URB），并把此URB放到一个新的IRP中，然后把它传递给USB底层驱动程序。USB底层驱动程序根据IRP中所含的URB执行相应的操作，并把操作的结果返回给USB功能驱动程序。USB功能驱动程序接收到此返回的IRP后，将操作结果通过IRP返还给I/O管理器，最后I/O管理器将此IRP操作结果传回给应用程序，至此应用程序对设备的一次I/O操作完成。

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