NDIS小端口驅(qū)動(dòng)程序?qū)崿F(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)和應(yīng)用研究

1 引言

無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)經(jīng)過(guò)幾年的發(fā)展，在技術(shù)上已經(jīng)日漸成熟。尤其是IEEE推出802.11-1999和802.11b以來(lái)，應(yīng)用也日漸廣泛。無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)硬件實(shí)現(xiàn)的兩大主要部分是基帶處理器和MAC控制器，軟件部分包括驅(qū)動(dòng)網(wǎng)卡本身工作的嵌入式軟件和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。在本文中，首先介紹了小端口驅(qū)動(dòng)程序的基本要點(diǎn)，然后給出了基于Driver Studio開(kāi)發(fā)PCMCIA接口編程I/O（Programmed IO）方式工作的無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)網(wǎng)卡NDIS（網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)程序接口標(biāo)準(zhǔn)），并討論了小端口驅(qū)動(dòng)程序?qū)崿F(xiàn)過(guò)程中的若干關(guān)鍵技術(shù)的細(xì)節(jié)。

2 小端口驅(qū)動(dòng)程序

在典型的網(wǎng)絡(luò)中，如以太網(wǎng)LLC子層及其上層協(xié)議均由軟件實(shí)現(xiàn)，MAC及其以下層協(xié)議由硬件實(shí)現(xiàn)。微軟Windows操作系統(tǒng)下的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序遵守NDIS規(guī)范，它在分層的網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)程序框架中規(guī)定了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)接口，從而使抽象低層次的硬件提供了高層次網(wǎng)絡(luò)上的網(wǎng)絡(luò)管理。因此，該規(guī)范極大簡(jiǎn)化了設(shè)備特定網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)程序的開(kāi)發(fā)。

NDIS還用于網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)器的狀態(tài)信息和參數(shù)的維護(hù)，包括函數(shù)的指針、句柄、鏈接的參數(shù)塊和其他的一些系統(tǒng)變量。NDIS規(guī)范下的網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)程序分為三類(lèi)：小端口驅(qū)動(dòng)程序、中間驅(qū)動(dòng)程序和協(xié)議驅(qū)動(dòng)程序。普通網(wǎng)卡的驅(qū)動(dòng)程序都是小端口驅(qū)動(dòng)程序，它有兩種基本功能：管理一個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口卡（NIC），包括通過(guò)NIC收、發(fā)數(shù)據(jù)；與高級(jí)驅(qū)動(dòng)程序接口（如中間驅(qū)動(dòng)程序和傳輸協(xié)議驅(qū)動(dòng)程序）。一個(gè)小端口NIC驅(qū)動(dòng)程序通過(guò)NDIS庫(kù)和它的NIC與高層驅(qū)動(dòng)程序相互通訊。NDIS庫(kù) 導(dǎo)出一個(gè)完全的函數(shù)集合（NdisXXX函數(shù)），來(lái)裝入小端口需要調(diào)用的操作系統(tǒng)函數(shù)。然后，小端口必須導(dǎo)出一套MiniportX xx函數(shù)的實(shí)體指針，可供NDIS自己使用或代替高層驅(qū)動(dòng)程序訪問(wèn)小端口。

關(guān)于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和Windows驅(qū)動(dòng)程序模型，感興趣的讀者可以參考文獻(xiàn)。

3 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)程序框架

標(biāo)準(zhǔn)的驅(qū)動(dòng)程序都是C語(yǔ)言寫(xiě)的，Nu Mega公司卻通過(guò)引入C++和封裝基本的函數(shù)庫(kù)簡(jiǎn)化了驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)。

使用DriverStudio編寫(xiě)網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)程序，首先需要使用NetworkDriver Wizard生成驅(qū)動(dòng)程序的框架。該框架生成兩個(gè)驅(qū)動(dòng)程序的基本類(lèi)：一個(gè)是 wlan_drvDriver，它是KndisMiniDriver的繼承類(lèi)；另一個(gè)驅(qū)動(dòng)程序必須且只有一個(gè)KndisMiniDriver的繼承類(lèi)。wlan_drvDriver的定義如下

wlan_drvDriver的唯一工作是定義DriverEntry。操作系統(tǒng)通過(guò)該函數(shù)得知驅(qū)動(dòng)程序的入口。DriverEntry例化NetworkDriver Wizard生成的另外一個(gè)類(lèi)wlan_drvAdapter，并將本驅(qū)動(dòng)程序注冊(cè)。

wlan_drvDriver類(lèi)不用開(kāi)發(fā)者干預(yù)。開(kāi)發(fā)者需要關(guān)心的是另外一個(gè)類(lèi)wlan_drvAdapter，它是KndisMiniAdapter的子類(lèi)。

4 驅(qū)動(dòng)程序的初始化

wlan_drvAdapter類(lèi)的實(shí)現(xiàn)是整個(gè)驅(qū)動(dòng)程序的主體部分，包括初始化驅(qū)動(dòng)程序、發(fā)送數(shù)據(jù)、接收數(shù)據(jù)、中斷處理、網(wǎng)卡復(fù)位等。

驅(qū)動(dòng)程序在被裝入操作系統(tǒng)后的第一步工作是進(jìn)行初始化。該工作由wlan_drv Adapter：：Initialize函數(shù)完成。該函數(shù)完成的工作如下：

（1）選擇媒體類(lèi)型。對(duì)于無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)為 NDISMedium802_3，而不是NdisMedium-WirelessWan。聲明為 NdisMediumWirelessWan將支持各種無(wú)線(xiàn)媒體類(lèi)型，NdisMedium802_3原本為以太網(wǎng)設(shè)計(jì)，這里無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)似乎應(yīng)該聲明為NdisMediumWirelessWan媒體類(lèi)型，但事實(shí)并不是這樣。通過(guò)查詢(xún)OID_GEN_PHYSICAL_MEDIUM，協(xié)議驅(qū)動(dòng)程序

可以得知物理媒體為NdisPhysical-MediumWirelessLan類(lèi)型。

（2）從注冊(cè)表讀取網(wǎng)卡地址。

（3）注冊(cè)適配器的類(lèi)型，如指定設(shè)備為 NdisInterfacePcMcia，代表網(wǎng)卡為PCMCIA標(biāo)準(zhǔn)的PC Card。這里需要強(qiáng)調(diào)的是PCMCIA接口的配置存儲(chǔ)器和功能寄存器都是由主機(jī)自行維護(hù)的，雖然驅(qū)動(dòng)程序也可以讀寫(xiě)配置存儲(chǔ)器和功能寄存器，但這樣做會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)工作的不一致，除非特別需要，驅(qū)動(dòng)程序無(wú)需讀寫(xiě)配置存儲(chǔ)器和功能寄存器。

（4）選擇并注冊(cè)IO端口。

（5）選擇并注冊(cè)中斷。

（6）設(shè)定網(wǎng)卡所支持的包種類(lèi)，如廣播中的多播等。

（7）設(shè)定網(wǎng)卡的MAC屬性，如網(wǎng)卡是否支持環(huán)回等。

（8）初始化網(wǎng)卡硬件使其進(jìn)入工作狀態(tài)。該工作由wlan_drvAdapter：：CardInit（）完成。主要是設(shè)置相應(yīng)的寄存器，讀取永久網(wǎng)卡地址等。

（9）初始化自定義變量。

5 發(fā)送數(shù)據(jù)

當(dāng)需要發(fā)送數(shù)據(jù)包時(shí)，NDIS調(diào)用MiniportSend 函數(shù)，對(duì)應(yīng)本設(shè)計(jì)中wlan_drvAdapter：：Send函數(shù)。如果當(dāng)前沒(méi)有數(shù)據(jù)包正在被發(fā)送，則調(diào)用 CopyDataDown（Packet）將數(shù)據(jù)發(fā)送給NIC，否則將數(shù)據(jù)插入發(fā)送隊(duì)列。當(dāng)中斷產(chǎn)生后，發(fā)現(xiàn)代表網(wǎng)卡準(zhǔn)備好接收下一個(gè)包，此時(shí)將數(shù)據(jù)包出列。

CopyDataDown（Packet）函數(shù)與具體的網(wǎng)卡實(shí)現(xiàn)有關(guān)。

6 接收數(shù)據(jù)

由于本設(shè)計(jì)中的網(wǎng)卡是程控I/O的網(wǎng)卡，速度較慢。每次產(chǎn)生中斷時(shí)，如果發(fā)現(xiàn)NIC上緩存了一個(gè)數(shù)據(jù)包需要接收，則通過(guò)NdisMEthIndicateReceive 通知給NDIS，對(duì)應(yīng)于m_Lookahead.In di cate函數(shù)。如果是DMA設(shè)備，可以一次將整個(gè)數(shù)據(jù)包通知給上層，對(duì)于PIO方式的NIC，DDK建議只通知部分?jǐn)?shù)據(jù)，然后讓NDIS調(diào)用MiniportTransferData來(lái)讀取余下的數(shù)據(jù)。當(dāng)然NDIS也許對(duì)該數(shù)據(jù)不感興趣，就不會(huì)讀剩下的數(shù)據(jù)。

7 中斷處理

與中斷處理有關(guān)的函數(shù)包括中斷服務(wù)程序 wlan_drvAdapter：：Isr和延遲過(guò)程調(diào)用函數(shù)wlan_drvAdapter：：HandleInterrupt。

中斷服務(wù)程序Isr工作在DIRL，會(huì)搶斷工作在更低中斷優(yōu)先級(jí)的線(xiàn)程，所以應(yīng)該盡快退出。該程序的主要任務(wù)是判斷中斷當(dāng)前是否是本網(wǎng)卡產(chǎn)生的，如果沒(méi)有應(yīng)該將*InterruptRecognized 設(shè)定為FALSE，并退出程序。如果是，則將中斷處理程序HandleInterrupt插入DPC列隊(duì)，以在Passive Level上進(jìn)一步處理中斷。

中斷處理程序是真正處理中斷的函數(shù)，它完成所有數(shù)據(jù)處理工作，它需要處理包括與統(tǒng)計(jì)信息有關(guān)的接收數(shù)據(jù)、發(fā)送數(shù)據(jù)等所有中斷。

8 結(jié)論

網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序是無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)接口卡實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵部分，它與傳統(tǒng)的以太網(wǎng)卡稍有不同，但網(wǎng)卡與主機(jī)之間數(shù)據(jù)通信的基本格式與以太線(xiàn)網(wǎng)卡是相同的。本文首先介紹了小端口驅(qū)動(dòng)程序的特點(diǎn)，然后給出了基于DriverStudio開(kāi)發(fā)PCMCIA接口程控I/O方式工作的無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)網(wǎng)卡的NDIS小端口驅(qū)動(dòng)程序，其主體部分中包括驅(qū)動(dòng)程序框架、驅(qū)動(dòng)程序的初始化、發(fā)送和接收數(shù)據(jù)和中斷處理在內(nèi)的關(guān)鍵技術(shù)細(xì)節(jié)。本文所設(shè)計(jì)的網(wǎng)卡已經(jīng)在原型網(wǎng)卡中運(yùn)行，基本滿(mǎn)足了設(shè)計(jì)要求。

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