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2020-07-02 14:57【计算机论文发表范文】windows

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。
.中断处理类型设为每此中断处理过程都调用时。
为使系统能及时响应所有硬件中断,高优先级的硬件中断处理程序应尽可能的减少运行时间,防止长时间的屏蔽低优先级中断,避免造程中断丢失。
miniporthandleinterrupt:由中断延时处理程序在中断延时处理时进行调用。ndis排队所有的延时处理,该服务主要处理发送完成、报文接收、描述符用尽、溢出、网卡异常等中断。
miniportsend:ndis收到上层发送请求时经过若干协议处理再向下调用此服务过程,发送的packet已含有llc和mac头,该服务过程进行边界对齐、packet约束重整、描述符映射和报文发送、以及发送资源和packet缓冲队列管理。
miniporttransferdata:多个已和网卡捆绑的协议驱动程序在接收到报文到达指示后,向网卡驱动程序发出传送请求以拷贝各自所需的报文数据部分,网卡驱动程序根据各协议驱动程序对单个packet是否进行多次拷贝,以决定是否暂存只允许单次拷贝的packet等。
miniportcheckhandle:ndis每秒调用此服务函数一次,驱动程序发现网卡异常时报告给ndis由ndis调用miniportreset进行硬件重恢复。

miniportenableintrrupt:中断使能。
miniportdisableinterrupt:中断屏蔽。
另外,每个网卡驱动程序必须有一个初始化入口点,由driver entry函数实现,它和系统相关,由操作系统在装入驱动程序时调用,主要完成初始化ndis wrapper,再由wrapper初始生成驱动程序管理块并完成相应各种初始化工作,登录网卡驱动程序所有上边缘服务入口点,同时写入ndis版本信息。
§1.2.4 ndis接口库
ndis接口库包括在ndis.sys中,它是一个核态函数库,有一套抽象的函数,无论协议驱动程序还是nic驱动程序都连接到这个库中,以实现上下层之间的操作。
第二章fddi网卡驱动程序的加载和运行
第一节 网卡驱动程序的安装
windows nt网卡驱动程序安装的目的是实现网卡相应硬件信息和驱动程序在windows nt注册库中的注册,使windows nt能够正确识别网卡,了解所必需的软硬件信息并能在windows nt启动时加载相应驱动程序。
网卡驱动程序安装时,首先在主群组的控制面板中选择“网络”,然后添加网卡,指定相应信息文件──oemsetup.inf的路径,以完成以下两个必要的操作:
复制驱动程序到相应的系统目录(windows nt根目录system32drivers)中;
在windows nt注册库中存入相应软硬件信息。
下面主要以fddi网卡为例介绍安装驱动程序所必需的工作:
§2.1.1网卡一般硬件参数
对于fddi网卡,必须在编写其oemsetup.inf文件时确定以下硬件参数:
总线类型:pci(5)……括号中的数字5表示pci总线在ndis中的总线类型代码;
厂商代号:0x5588……系统加载时确定网卡的标记,也是编程时确定pci槽号的标识;
cfid: 0x01;
介质类型:光纤(3) ……括号中的数字表示光纤在ndis中的介质类型代码;
是否支持全双工:支持。
对于其它的硬件信息在此inf配置信息文件中可有可无,如若配置,则可在驱动程序的编写时利用这些信息,方便编程,同时有利于其它应用对其参数的确定和使用。
§2.1.2 fddi网卡加载时需在注册库登录表里做的网络配置
网卡驱动程序的安装通常将创建登录表中的四个不同子键:
software registrion键,对应于驱动程序,存在于hkey_local_machinesoftwarecompany productnameversion中。我们的fddi网卡驱动程序所对应的是hkey_local_machinesoftwarenet612yhfddiyhfddi1.0;
网卡的软件登录键,存在于hkey_local_machinesoftwaremicrosoft windows ntnt3.51networkcardsyhfddi1;
驱动程序的服务登录键,存在于hkey_local_machinesystemcurrentcontrolsetservices
网卡的服务登录键,存在于hkey_local_machinesystemcurrentcontrolsetservices
对于每一个网络部件,一个名为netrules的特殊子键在邻近的驱动程序或网卡登录子键里创建,netrules标识网络部件为网络整体的一部分。
fddi网卡驱动程序对应的标准软件登录表项将出现在以下路径:
hkey_local_machinesoftwarenet612yhfddiyhfddi1.0;
驱动程序对应的标准项的值为:
description =yhfddi/pci adapter controller
install date =……
……
refcount =0x01
servicename =yhfddi
softwaretype =driver
title =yhfddi/pci adapter controller
而且在yhfddi驱动程序相关的netrules子键下,这些值项为:
bindable =yhfddi driver yhfddi adapter non exclusiver
bindform =“yhfddisys”yes no container
class = reg_multi_sz “yhfddi driver basic”
infname =oemnad1.inf
type =yhfddisys ndisdriver yhfddidriver
use =driver
yhfddi网卡在如下路径的networkcards子键里介绍:
hkey_local_machinesoftwaremicrosoft
windows ntnt3.51networkcardsyhfddi1;
网卡的标准项包括以下这些值:
description =yhfddi/pci adapter controller
install date =……
manufacturer =net612
productname =yhfddi
servicename =yhfddi01
title =[01]yhfddi/pci adapter controller
§2.1.3编写inf信息配置文件
gui inf描述语言被windows nt用以书写系统所有部件的配置文件,当然也可以用以书写网络系统各部件的配置文件,该配置文件描述了网络部件安装、配置、删除的执行过程。当网络部件进行初始安装或二次安装(通常通过ncpa进行)时,安装程序读取部件对应的配置文件,进行解释执行。gui inf描述语言由节、命令、逻辑操作、变量规范、流程控制以及一套调用dll或外部程序的机制组成,其中,节是配置文件的主体,节可分为install节(类似于函数),shell节(也类似于函数,但可调用insall和shell节),detect节(不包含命令),一个配置文件一般由若干不同类型的节组成。驱动程序的开发者根据需要可以在配置文件中编写相应代码,使得用户和系统之间能进行交互,并且由用户决定一些配置参数。

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