（通信与信息系统专业论文）基于usb接口的capi驱动程序开发.pdf

a b s t r a c t t h i sp a l 0 e rd e s c r i b e sh o wt or e a l i z et h ed e s i g no fac o m m o n i s d n a p i ( c a p i ) d r i v e rf o ri s d nt e r m i n a la d a p t e rb a s e do nu s bi n t e r f a c e t h ed r i v e ra c c o r d sw i t h w i n 3 2d r i v e rm o d e l ( w d m ) c a p i2 0a n du s bs t a n d a r d i nt h i st h e s i s t h ea n a l y s i s a n dr e s e a r c ho nw d m u s bb u sa n dc a p l20s t a n d a r da r ei m p l e m e n t e d a tt h es a m e t i m e 。as c h e m ei s p r o v i d e dw h i c hc o m b i n e sc a p lw i t hw d m a n dt h ep r o g r a mi s i m p l e m e n t e d t h ep a p e rd e a l sw i t ht h ea r c h i t e c t u r eo fw d m d r i v e rt h ei r pi n t e r a c t i o n m e c h a n i s mo ft h ed r i v e ta n dt h ei m p l e m e n to fc a p if u n c t i o nm o d u l e w h i c hp l a y sa n e x t r e m e l yi m p o r t a n tr o l ei nt h es c h e m e a r ea l s od i s c u s s e di nt h ep a p e lt h ea p p l i c a t i o n s o f t w a r ea c c e s st oi n t e r n e t s u c ha sa n yw w w b r o w s e r , c u t e f t p ，a n ds oo n ，a n dt h e a p p l i c a t i o np r o g r a mw h i c ha c c o r d i n gw i t hc a p l a r ea l ls u p p o r t e db yt h ed r i v e r i s d n u s bt ad r i v e nb yt h ed r i v e rc a nn o to n l yb eu s e dt oa c c e s st oi n t e m e t ，b u ta l s os u p p l y t h ec o m m u n i c a t i o n o f t e l e p h o n ea n d f a c s i m i l e k e y w o r d ： i n t e g r a t e ds e r v i c e sd i g i t a ln e t w o r k w i n 3 2d r i v e rm o d e l u n i v e r s a ls e r i a lb u s c o m m o n i s d n a p i 第一章绪论 第一章绪论 1 1 i s d n 概述 综合业务数字网( i s d n ：i n t e g r a t e ds e r v i c e sd i g i t a ln e t w o r k ) 是二十世纪七十 年代初由i t u t ( 当时的c c i t t ) 国际电信联盟提出的，目的是为了解决当时按 业务分别组网从而造成的网络资源利用率低、对网络规模的变更与扩充的适应性 差以及不易于导入新的通信业务等问题，从而将话音、数据、图像等信息综合在 同一个通信网内传输。i s d n 被定义成这样一种网络：它通过一组标准的多用途用 户一网络接口，提供端到端的数字连接，以支持范围广泛的业务。导入i s d n 后， 用户只需提出一次申请，仅用一条用户线就可将多种业务终端接入网内并按统一 的规程通信。 国际上i s d n 的发展大体经历了以下阶段：1 9 8 4 年，当时的c c i t t 作为i 系 列建议提出i s d n 的基本框架和技术规范。1 9 8 8 年c c i t t 总结归纳了各国i s d n 实验网的研究成果，在兰皮书中对i s d n 技术规范作了详细的规定，自1 9 8 8 年起 各国迅速开展了i s d n 的实用化和商业化。然而，一直到9 0 年代初，尽管出台了 一系列标准，发展了必要的基础设施，但i s d n 的商业应用并不如人们想象的那样 发展迅速，主要原因是没有形成统一的国际标准，使得各厂家的产品之间存在很 大的兼容性问题。1 9 9 3 年底欧洲i s d n 标准( e u r o i s d n ) 的统一，以及人们对i s d n 应用的更深刻认识，掀开了i s d n 历史上新的一页。在协议方面，e u r o i s d n 逐渐 成为世界i s d n 通信的标准，为i s d n 在世界范围内的统一发展奠定了坚实的基础。 在政策方面，各国电信运营商对i s d n 业务的使用和资费政策做了很大的调整。九 十年代i n t e m e t 国际互联网络的兴起，标志着电信已正式从传统的话音传送时代步 入了数据传送的新纪元，在短短几年时间里，i n t e m e t 迅速的在全世界范围内普及 和流行，而在i n t e m e t 接入方面，i s d n 比传统的m o d e m 接入有很大的优势。因此， 很多用户放弃模拟m o d e m ，转向通过i s d n 的6 4 1 2 8 k b p s 高速信道访问i n t e m e t ， 大量的用户需求，是i s d n 快速发展的重要推动力。 从总体上看，全球i s d n 业务的发展应该说是较快的，尤其是近几年i n t e m e t 的快速发展，使i s d n 业务保持了快速增长的势头。德国电信最初主要为商业用 户提供i s d n 业务，目前已开始转向小商户和住宅用户，商业用户使用i s d n 的已 经占到8 0 ，住宅用户也达到了5 0 ；在法国，小商户和住宅用户也是i s d n 的主 要使用者，现在已经占到市场的7 4 9 6 ；亚洲各国i s d n 的发展也令人振奋，只本的 第一章绪论 第一章绪论 1 1 i s d n 概述 综合业务数字网( i s d n ：i n t e g r a t e ds e r v i c e sd i g i t a ln e t w o r k ) 是二十世纪七十 年代初由i t u t ( 当时的c c i t t ) 国际电信联盟提出的，目的是为了解决当时按 业务分别组网从而造成的网络资源利用率低、对网络规模的变更与扩充的适应性 差以及不易于导入新的通信业务等问题，从而将话音、数据、图像等信息综合在 同一个通信网内传输。i s d n 被定义成这样一种网络：它通过一组标准的多用途用 户一网络接口，提供端到端的数字连接，以支持范围广泛的业务。导入i s d n 后， 用户只需提出一次申请，仅用一条用户线就可将多种业务终端接入网内并按统一 的规程通信。 国际上i s d n 的发展大体经历了以下阶段：1 9 8 4 年，当时的c c i t t 作为i 系 列建议提出i s d n 的基本框架和技术规范。1 9 8 8 年c c i t t 总结归纳了各国i s d n 实验网的研究成果，在兰皮书中对i s d n 技术规范作了详细的规定，自1 9 8 8 年起 各国迅速开展了i s d n 的实用化和商业化。然而，一直到9 0 年代初，尽管出台了 一系列标准，发展了必要的基础设施，但i s d n 的商业应用并不如人们想象的那样 发展迅速，主要原因是没有形成统一的国际标准，使得各厂家的产品之间存在很 大的兼容性问题。1 9 9 3 年底欧洲i s d n 标准( e u r o i s d n ) 的统一，以及人们对i s d n 应用的更深刻认识，掀开了i s d n 历史上新的一页。在协议方面，e u r o i s d n 逐渐 成为世界i s d n 通信的标准，为i s d n 在世界范围内的统一发展奠定了坚实的基础。 在政策方面，各国电信运营商对i s d n 业务的使用和资费政策做了很大的调整。九 十年代i n t e m e t 国际互联网络的兴起，标志着电信已正式从传统的话音传送时代步 入了数据传送的新纪元，在短短几年时间里，i n t e m e t 迅速的在全世界范围内普及 和流行，而在i n t e m e t 接入方面，i s d n 比传统的m o d e m 接入有很大的优势。因此， 很多用户放弃模拟m o d e m ，转向通过i s d n 的6 4 1 2 8 k b p s 高速信道访问i n t e m e t ， 大量的用户需求，是i s d n 快速发展的重要推动力。 从总体上看，全球i s d n 业务的发展应该说是较快的，尤其是近几年i n t e m e t 的快速发展，使i s d n 业务保持了快速增长的势头。德国电信最初主要为商业用 户提供i s d n 业务，目前已开始转向小商户和住宅用户，商业用户使用i s d n 的已 经占到8 0 ，住宅用户也达到了5 0 ；在法国，小商户和住宅用户也是i s d n 的主 要使用者，现在已经占到市场的7 4 9 6 ；亚洲各国i s d n 的发展也令人振奋，只本的 2 基于u s b 接口的c a p i 驱动程序开发 i s d n 业务遍及全国所有城市，9 8 的电话用户都已具备使用i s d n 的网络条件。 我国电信部门白1 9 9 6 年开始大力建设i s d n 并推广其应用，目前全国几乎所有 省会城市的长途电话交换机都能提供i s d n 业务，京沪穗三市的国际长途交换机也 具备提供i s d n 业务的能力。在已开通i s d n 的城市中，上海是发展最快的，从1 9 9 9 年起，中国电信与上海贝尔有限公司联合推出了一线通“飓风行动”，专门进j t i s d n 应用解决方案的全国巡展和市场推广，在全国各大城市掀起了宣传、认识和利用 i s d n 的高潮。2 0 0 0 年，由于芯片供应短缺的原因，造成i s d n 终端脱销，国内许多 地方出现了排队申请的场面。2 0 0 1 年是i s d n 业务自1 9 9 7 年投入试运行以来，发展 用户最多的一年。根据预测，至l j 2 0 0 1 年底，全国的i s d n 用户将有可能突破1 0 0 力户， l l 2 0 0 0 年增长近两倍。而根据业内专家估计，在全球范围t i i s d n 仍将有较大市场 空间，2 0 0 1 年全球i s d n 用户预计将达到1 0 4 亿户，首次突破一亿大关：到2 0 0 2 年 i s d n 用户将为1 2 3 亿，2 0 0 3 年为l _ 3 9 亿。 1 2i s d n 通信终端适配器 i s d n 用户终端是i s d n 的终端设备，它通过用户一网络接口接入i s d n ，提供 话音、数据和图像等多种通信业务，图1 1 给出了在1 4 1 1 建议中规定的i s d n 用 户一网络接口的参考配置。从广义上说，i s d n 终端是指连接在参考点t 上的各种 装置与设备，其中包括i s d n 标准终端t e l l ，i s d n 非标准终端t e 2 的适配器1 a 2 和用户侧的复用交换设备n t 2 3 ( 如p b x 等) 。 用户毒端业务l_二三三二#_二亘三二-j二二三蛉 屯丑哥 - q - 参考点厂 i 埔龃 本人所在课题组自行研制的多媒体通信终端由p c 主机、i s d n 通信终端适配 器及一组软件组成，研制的主要工作包括设计开发i s d n 多媒体通信终端适配器与 相应的基于w i n d o w s 操作系统的各种设备驱动软件。该终端同时具有网内通信和 网际通信功能。一方面，它可以和同类终端或现有网络终端设备( 如电话、传真 。t e ( t e r m i n a le q u i p m e n tt y p c ) ：终端设备 2 t a ( t e r m i n a la d a p t e r ) ：终端适配器： n t ( n e t w o r kt e r m i n a t i o n ) ：网络终端； 2 基于u s b 接口的c a p i 驱动程序开发 i s d n 业务遍及全国所有城市，9 8 的电话用户都已具备使用i s d n 的网络条件。 我国电信部门白1 9 9 6 年开始大力建设i s d n 并推广其应用，目前全国几乎所有 省会城市的长途电话交换机都能提供i s d n 业务，京沪穗三市的国际长途交换机也 具备提供i s d n 业务的能力。在已开通i s d n 的城市中，上海是发展最快的，从1 9 9 9 年起，中国电信与上海贝尔有限公司联合推出了一线通“飓风行动”，专门进j t i s d n 应用解决方案的全国巡展和市场推广，在全国各大城市掀起了宣传、认识和利用 i s d n 的高潮。2 0 0 0 年，由于芯片供应短缺的原因，造成i s d n 终端脱销，国内许多 地方出现了排队申请的场面。2 0 0 1 年是i s d n 业务自1 9 9 7 年投入试运行以来，发展 用户最多的一年。根据预测，至l j 2 0 0 1 年底，全国的i s d n 用户将有可能突破1 0 0 力户， l l 2 0 0 0 年增长近两倍。而根据业内专家估计，在全球范围t i i s d n 仍将有较大市场 空间，2 0 0 1 年全球i s d n 用户预计将达到1 0 4 亿户，首次突破一亿大关：到2 0 0 2 年 i s d n 用户将为1 2 3 亿，2 0 0 3 年为l _ 3 9 亿。 1 2i s d n 通信终端适配器 i s d n 用户终端是i s d n 的终端设备，它通过用户一网络接口接入i s d n ，提供 话音、数据和图像等多种通信业务，图1 1 给出了在1 4 1 1 建议中规定的i s d n 用 户一网络接口的参考配置。从广义上说，i s d n 终端是指连接在参考点t 上的各种 装置与设备，其中包括i s d n 标准终端t e l l ，i s d n 非标准终端t e 2 的适配器1 a 2 和用户侧的复用交换设备n t 2 3 ( 如p b x 等) 。 用户毒端业务l_二三三二#_二亘三二-j二二三蛉 屯丑哥 - q - 参考点厂 i 埔龃 本人所在课题组自行研制的多媒体通信终端由p c 主机、i s d n 通信终端适配 器及一组软件组成，研制的主要工作包括设计开发i s d n 多媒体通信终端适配器与 相应的基于w i n d o w s 操作系统的各种设备驱动软件。该终端同时具有网内通信和 网际通信功能。一方面，它可以和同类终端或现有网络终端设备( 如电话、传真 。t e ( t e r m i n a le q u i p m e n tt y p c ) ：终端设备 2t a ( t e r m i n a l a d a p t e r ) ：终端适配器： n t ( n e t w o r kt e r m i n a t i o n ) ：网络终端； 第一章绪论 机等) 实现电话、传真、文件传送等通信功能；另一方面，该终端还可以通过i s d n 远程接入i n t e m e t ，访问i n t e m e t 上的大量资源。图1 2 给出的是安装有i s d n 通信 适配器的终端设备通过i s d n 网拨号接入远端的w i n d o w sn t 远端访问服务器，然 后通过w i n d o w s n t 的路由服务接入局域网，最终接入i n t e m e t 的示意图。 图1 2 通过i s d n 发号访问i n t e r n e t i s d n 应用的普及，除了有i s d n 技术本身的推动外，用户业务和应用的不断 出现也发挥了重要的拉动作用。c a p i 标准的出现，大大促进了用户应用的丌发。 随着用户数量的增加、i s d n 应用的逐渐普及以及新业务的不断出现，一些设备丌 发商和应用软件开发商向用户提供了实现不同功能的应用程序。这些用户应用程 序有一个共同缺点，即开发的用户应用程序都是基于特定的i s d n 通信设备的，不 同的硬件平台上需要编写各自不同的应用程序，通用性和移植性差。因此迫切需 要出现一种通用的i s d n 应用编程接口，c a p i 标准由此应运而生。它是一个应用 程序接口标准，根据该标准可以开发多种多样符合用户需要的应用软件，实现传 真、电话通信、文件传送等功能。更重要的是，只要底层硬件设备的驱动程序都 按照该标准实现，这些高层应用软件就可以在不同的i s d n 硬件平台上使用，不需 要因为硬件设备的不同而进行任何的调整，实现了和下层设备的无关性。因此， 开发支持c a p i 接口的通信适配器驱动软件具有重要的意义。 1 9 9 0 年，由应用提供商、i s d n 设备制造商、大的商业和个人用户团体以及某 些电信公司组成的c a p i 工作组制定了一个应用程序接口规范c a p i1 1 规范。随 后出台的基于q 9 3 1 e t s3 0 01 0 2 标准的c a p i2 0 规范则大大简化了i s d n 实际应 用的开发工作，应用程序接口标准的规范化使得应用开发商不需要知道任何关于 i s d n 协议标准的知识就可以在i s d n 设备上开发新的应用，从而使得大量的i s d n 应用成为可能。 i s d n 的应用也必须跟上计算机技术的发展，提供具有u s b 接口的通信适配器 及其驱动程序，是适应计算机技术发展的必然要求。近年来，随着全球计算机行 业的发展，个人计算机逐渐变得越来越普及，个人计算机功能的扩展也使得计算 机外部设备的种类和数量越来越多，为了简化p c 与外设之间的互连从而使得计算 机用户能够更加方便地使用计算机以及相关设备，由c o m p a q 、h e w l e t t p a c k a r d 、 i n t e l 、l u c e n t 、m i c r o s o f t 、n e c 和p h i l i p s 等公司联合制定了一种总线标准u s b ( 通用串行总线) ，这种总线标准有着传统总线所无法比拟的特点，u s b 接口支持 4 基于u s b 接口的c a p i 驱动程序开发 热插拔( h o tp l u g ) ，具有自动配置能力，用户只要简单地将外设插入到p c 的u s b 接口，p c 就能自动识别和配置u s b 设备。为了使i s d n 用户能够更加方便的使用 i s d n 终端产品，本人所在的课题组研制出了基于u s b 接口的i s d n 通信终端适配 器，该适配器采用w i n b o n d 公司的w 6 6 9 4i s d n 通信控制芯片，它提供同i t u t 1 4 3 0 相兼容的2 b + d 全双工的s t 收发接口，具备透明数据传输和测试功能。本 文设计丌发完成的该适配器的c a p i 驱动程序不仅实现了方便用户使用i s d n 通信 终端产品的目的，加载该驱动程序的i s d n 通信终端适配器还可以向用户提供 c a p i 功能业务，这些具体内容将在本文接下来的部分中进行详细介绍。 1 3 本文所作的主要工作和取得的成果 本文的工作来源是国家8 6 3 成果转化项目“实用化i s d n 多媒体通信终端”， 它是为推动我国信息化产业进程，推广普及i s d n 而进行的重点科研项目。该终端 由p c 主机、i s d n 通信终端适配器及一组软件组成，其前身是为i s d n 数字岛系 统开发的i s d n 多功能终端。此i s d n 多媒体终端通过2 b + d 基本速率接口接入 i s d n ，向用户提供集文件、语音、图像、数据等业务为一体的多种业务支持。其 中i s d n 通信适配器的主要功能是实现i s d n 用户一网络接口的下三层功能，并通 过与p c 主机交互实现高层协议和基本维护管理功能。 本人所在的课题组在进行该项目的科研过程中，为了扩大i s d n 终端的应用， 在终端的硬件以及配套软件方面作了很大的改善。在硬件方面，课题组根据i s d n 用户的需求分别研制出了基于p c i 总线( 内置式) 以及u s b 接口( 外置式) 的i s d n 通信终端适配器；软件方面设计开发出了基于不同操作系统的驱动程序，包括 w i n d o w s9 5 9 8 m e 以及w i n d o w sn t ，2 0 0 0 操作系统。另外，配合i s d n 通信终端 的使用还开发出了适用于用户端的应用程序，为用户提供终端适配器和链路测试、 通道占用指示、s u 口激活指示以及支持呼叫等待补充业务等功能。 本文的主要工作是设计和开发w i n d o w s2 0 0 0 操作系统下基于u s b 接口的 i s d n 通信终端适配器c a p i 驱动程序。该驱动程序符合w d m 编程模型，支持c a p i 2 0 和u s b1 1 规范。论文对w d m 编程模型、u s b 接口标准和c a p i 规范进行了 深入分析和研究，提出了驱动程序设计方案，并完成了具体编程实现。经大量测 试和用户使用，加载该驱动程序的i s d nu s bt a 可以利用普通电话线远程访问 i n t e m e t ，其最高有效传输速率可以达到约1 2 0 k b p s ，这个速率是目前使用普通 m o d e m 访问i n t e m e t 速率的2 4 倍；同时，驱动程序不仅支持访问i n t e m e t 的所 有应用软件( w w w 浏览器、c u t e f t p 等) ，而且可以支持现有的符合c a p i 规范 的用户应用软件( 如r v s c o m ) 。 4 基于u s b 接口的c a p i 驱动程序开发 热插拔( h o tp l u g ) ，具有自动配置能力，用户只要简单地将外设插入到p c 的u s b 接口，p c 就能自动识别和配置u s b 设备。为了使i s d n 用户能够更加方便的使用 i s d n 终端产品，本人所在的课题组研制出了基于u s b 接口的i s d n 通信终端适配 器，该适配器采用w i n b o n d 公司的w 6 6 9 4i s d n 通信控制芯片，它提供同i t u t 1 4 3 0 相兼容的2 b + d 全双工的s t 收发接口，具备透明数据传输和测试功能。本 文设计丌发完成的该适配器的c a p i 驱动程序不仅实现了方便用户使用i s d n 通信 终端产品的目的，加载该驱动程序的i s d n 通信终端适配器还可以向用户提供 c a p i 功能业务，这些具体内容将在本文接下来的部分中进行详细介绍。 1 3 本文所作的主要工作和取得的成果 本文的工作来源是国家8 6 3 成果转化项目“实用化i s d n 多媒体通信终端”， 它是为推动我国信息化产业进程，推广普及i s d n 而进行的重点科研项目。该终端 由p c 主机、i s d n 通信终端适配器及一组软件组成，其前身是为i s d n 数字岛系 统开发的i s d n 多功能终端。此i s d n 多媒体终端通过2 b + d 基本速率接口接入 i s d n ，向用户提供集文件、语音、图像、数据等业务为一体的多种业务支持。其 中i s d n 通信适配器的主要功能是实现i s d n 用户一网络接口的下三层功能，并通 过与p c 主机交互实现高层协议和基本维护管理功能。 本人所在的课题组在进行该项目的科研过程中，为了扩大i s d n 终端的应用， 在终端的硬件以及配套软件方面作了很大的改善。在硬件方面，课题组根据i s d n 用户的需求分别研制出了基于p c i 总线( 内置式) 以及u s b 接口( 外置式) 的i s d n 通信终端适配器；软件方面设计开发出了基于不同操作系统的驱动程序，包括 w i n d o w s9 5 9 8 m e 以及w i n d o w sn t ，2 0 0 0 操作系统。另外，配合i s d n 通信终端 的使用还开发出了适用于用户端的应用程序，为用户提供终端适配器和链路测试、 通道占用指示、s u 口激活指示以及支持呼叫等待补充业务等功能。 本文的主要工作是设计和开发w i n d o w s2 0 0 0 操作系统下基于u s b 接口的 i s d n 通信终端适配器c a p i 驱动程序。该驱动程序符合w d m 编程模型，支持c a p i 2 0 和u s b1 1 规范。论文对w d m 编程模型、u s b 接口标准和c a p i 规范进行了 深入分析和研究，提出了驱动程序设计方案，并完成了具体编程实现。经大量测 试和用户使用，加载该驱动程序的i s d nu s bt a 可以利用普通电话线远程访问 i n t e m e t ，其最高有效传输速率可以达到约1 2 0 k b p s ，这个速率是目前使用普通 m o d e m 访问i n t e m e t 速率的2 4 倍；同时，驱动程序不仅支持访问i n t e m e t 的所 有应用软件( w w w 浏览器、c u t e f t p 等) ，而且可以支持现有的符合c a p i 规范 的用户应用软件( 如r v s c o m ) 。 第一章绪论 该适配器基于u s b 接口，简化了i s d n 用户对设备的安装以及配置操作。本 课题组还解决了i s d n 终端适配器驱动程序的一次性安装问题，用户只需要简单的 将1 s d nu s bt a 插入到p c 机的u s b 端口，p c 机就能自动识别和配置该i s d n 适配器；由于适配器基于u s b 接口，用户卸载设备也很方便。 为了支持更多的i s d n 应用，本文的驱动程序支持c a p i2 0 规范。驱动程序 采用了w d m 模型，与通常的w d m 设备驱动程序所不同的是本文驱动程序中加 入了对c a p i 消息的处理模块，实现了c a p i 功能与w d m 设备驱动的融合。这样 加载该驱动程序的i s d nu s bt a 可以向i s d n 用户提供c a p i2 0 规范所支持的电 话和传真通信等功能。 在完成本论文的过程中，本人阅读并理解了相关的i s d n 协议、c a p i2 0 规范 以及u s b 规范，参阅了大量有关驱动程序丌发的文档，例如m s d n 以及d d k ( 驱 动程序丌发工具包) 文档，并熟练地掌握了由n u m e g a 公司出品的程序调试工具 s o f t l c e4 0 5f o r n t 的使用；在深入理解分析i s d n 概念、原理和通信协议以及设 备驱动程序开发相关文档的基础上，使用m i c r o s o f tv i s u a lc + + 6 0 及w i n d o w s2 0 0 0 d d k 作为开发环境开发出了基于u s b 接口的i s d n 通信终端适配器的c a p i 驱动 程序。 1 4 本文主要章节内容安排 在以下的几章中，将对设计实现w i n d o w s2 0 0 0 操作系统下的基于u s b 接口 的i s d n 通信终端适配器的c a p i 驱动程序所涉及的主要内容给予一一介绍，其安 排如下： 第二章基于u s b 接口的c a p i 驱动程序设计 这一章是本文的核心内容，其它各章节都是对本章内容的扩展与补充，这一 章从整体角度论述了本文基于u s b 接口的c a p i 驱动程序的设计实现方案。本章 首先介绍了本文驱动程序采用的w d m 设备驱动程序模型，并对w i n d o w s2 0 0 0 的 系统结构作了简要介绍；随后的部分论述了基于u s b 接口的w d m 驱动程序设计： 在本章内容的最后讨论了驱动程序中c a p i 功能的实现方案，并详细论述了驱动程 序中的数据收发机制。 第三章驱动程序中i r p 的分层处理 这一章详细论述了w i n d o w s2 0 0 0 操作系统下分层化的驱动程序模型以及在分 层化的驱动模型中对i o 请求包( i r p ) 的分层处理操作，这一部分的内容是丌发 w d m 设备驱动程序过程中最为基本的内容，本文程序中的各个功能模块的实现实 际上就是围绕着对相关i r p 的分层处理操作而展开的。在本章内容的最后还对物 第一章绪论 该适配器基于u s b 接口，简化了i s d n 用户对设备的安装以及配置操作。本 课题组还解决了i s d n 终端适配器驱动程序的一次性安装问题，用户只需要简单的 将1 s d nu s bt a 插入到p c 机的u s b 端口，p c 机就能自动识别和配置该i s d n 适配器；由于适配器基于u s b 接口，用户卸载设备也很方便。 为了支持更多的i s d n 应用，本文的驱动程序支持c a p i2 0 规范。驱动程序 采用了w d m 模型，与通常的w d m 设备驱动程序所不同的是本文驱动程序中加 入了对c a p i 消息的处理模块，实现了c a p i 功能与w d m 设备驱动的融合。这样 加载该驱动程序的i s d nu s bt a 可以向i s d n 用户提供c a p i2 0 规范所支持的电 话和传真通信等功能。 在完成本论文的过程中，本人阅读并理解了相关的i s d n 协议、c a p i2 0 规范 以及u s b 规范，参阅了大量有关驱动程序丌发的文档，例如m s d n 以及d d k ( 驱 动程序丌发工具包) 文档，并熟练地掌握了由n u m e g a 公司出品的程序调试工具 s o f t l c e4 0 5f o r n t 的使用；在深入理解分析i s d n 概念、原理和通信协议以及设 备驱动程序开发相关文档的基础上，使用m i c r o s o f tv i s u a lc + + 6 0 及w i n d o w s2 0 0 0 d d k 作为开发环境开发出了基于u s b 接口的i s d n 通信终端适配器的c a p i 驱动 程序。 1 4 本文主要章节内容安排 在以下的几章中，将对设计实现w i n d o w s2 0 0 0 操作系统下的基于u s b 接口 的i s d n 通信终端适配器的c a p i 驱动程序所涉及的主要内容给予一一介绍，其安 排如下： 第二章基于u s b 接口的c a p i 驱动程序设计 这一章是本文的核心内容，其它各章节都是对本章内容的扩展与补充，这一 章从整体角度论述了本文基于u s b 接口的c a p i 驱动程序的设计实现方案。本章 首先介绍了本文驱动程序采用的w d m 设备驱动程序模型，并对w i n d o w s2 0 0 0 的 系统结构作了简要介绍；随后的部分论述了基于u s b 接口的w d m 驱动程序设计： 在本章内容的最后讨论了驱动程序中c a p i 功能的实现方案，并详细论述了驱动程 序中的数据收发机制。 第三章驱动程序中i r p 的分层处理 这一章详细论述了w i n d o w s2 0 0 0 操作系统下分层化的驱动程序模型以及在分 层化的驱动模型中对i o 请求包( i r p ) 的分层处理操作，这一部分的内容是丌发 w d m 设备驱动程序过程中最为基本的内容，本文程序中的各个功能模块的实现实 际上就是围绕着对相关i r p 的分层处理操作而展开的。在本章内容的最后还对物 三一苎王望! 呈量旦塑兰垒塑望垫堡壁茎垄 理设备的即插即用( p n p ) 的实现作了简要的论述。 第四章c a p i 功能实现 这一章介绍了c a p i 接口规范以及该规范的功能特点，详细论述了驱动程序中 c a p i 功能模块的消息交互机制，包括c a p i 消息的结构、c a p i 消息队列以及消息 队列中对c a p i 消息的具体操作部分。在本章内容的最后对本文驱动程序中c a p i 功能的具体实现作了详细的论述。 第五章驱动程序调试 这一章介绍了本文驱动程序的开发环境，并对在驱动程序开发过程中遇到的 比较典型的问题作了较为详细的论述。 第二章基于u s b 接口的c a p i 驱动程序设计 第二章基于u s b 接口的c a p i 驱动程序设计 2 1w d m 设备驱动程序模型的采用 从最广泛的意义讲，驱动程序是指操作一个硬件设备的一组函数。对驱动程 序模型的选择，首先应该考虑的是应用平台。如果是n t4 x ，就只能选择k m d ( k e r n e lm o d ed r i v e r ) 模型，这种模型是n t 4 x 系统下的管理、维护硬件运作的 驱动程序模式，该d r i v e r 运行于n t 的k e r n e l 模式下；如果操作系统是w i n d o w s9 5 ， 也只有v x d ( v i r t u a lxd r i v e r ) 虚拟设备驱动程序一种选择；对于w i n d o w s9 8 操 作系统，如果要编写d i s k ，c o m m 的一系列的d r i v e r ，也需要采用v x d 模式， 但如果是需要提供对h i d ( h u m a n i n p u t d e v i c e ，人工输入设备) 、网络类以及多媒 体类的硬件支持就可以采用一种全新的驱动程序模型w d m 模型。 w d m 是w i n 3 2d r i v e r m o d e l 的缩写，是m i c r o s o f t 力推的全新驱动程序模型， 旨在通过提供一种灵活的方式来简化驱动程序的开发，在实现对新硬件支持的基 础上减少并降低所必需开发的驱动程序的数量和复杂性。除了通用的平台服务和 扩展外，w d m 还实现了一个模块化的、分层次类型的驱动程序结构，相信在不久 的将来，在w i n d o w s 平台上，w d m 将成为主流的驱动程序模型。 本文的驱动程序基于w i n d o w s2 0 0 0 操作系统，w i n d o w s2 0 0 0 原名w i n d o w s n t 5 0 ，是继w i n d o w s n t 4 0 之后的新一代操作系统，它不但继承了w i n d o w s n t 4 0 的种种优点，而且在技术上又有了许多的突破。w i n d o w s2 0 0 0 操作系统也引入 了w d m 驱动程序架构，这样w d m 就成为了一个跨平台的驱动程序模型。w d m 是在n t 4 0 驱动程序结构上发展起来的，所以它与n t 4 0 的驱动程序极为相似， 但是它却有了本质上的提高，比如它支持u s b 、i e e e1 3 9 4 和a c p i 等全新的硬件 标准，而且以往在两个平台上同时运行时需要编写两个不同的驱动程序，现在只 需要编写一个w d m 驱动程序就可以了。 w d m 驱动程序是w i r i d o w s2 0 0 0 操作系统重要的组成部分，设备驱动程序提 供连接到计算机硬件的软件接口，加载后成为操作系统内核的一部分，是操作系 统的一个信任部分。它使一个或多个设备可用于应用程序设计人员，每个设备代 表一个物理的或逻辑的硬件，用户应用程序以一种规范的方式访问硬件，而不必 考虑必须如何控制硬件。驱动程序的正常工作需要有w i n d o w s2 0 0 0 其它内核组件 的支持，同时大部分的内核组件也必须同w d m 驱动程序交互来完成它们的功能。 本文的驱动程序设计采用了w d m 架构来实现，在本节接下来的内容中将对 第二章基于u s b 接口的c a p i 驱动程序设计 第二章基于u s b 接口的c a p i 驱动程序设计 2 1w d m 设备驱动程序模型的采用 从最广泛的意义讲，驱动程序是指操作一个硬件设备的一组函数。对驱动程 序模型的选择，首先应该考虑的是应用平台。如果是n t4 x ，就只能选择k m d ( k e r n e lm o d ed r i v e r ) 模型，这种模型是n t 4 x 系统下的管理、维护硬件运作的 驱动程序模式，该d r i v e r 运行于n t 的k e r n e l 模式下；如果操作系统是w i n d o w s9 5 ， 也只有v x d ( v i r t u a lxd r i v e r ) 虚拟设备驱动程序一种选择；对于w i n d o w s9 8 操 作系统，如果要编写d i s k ，c o m m 的一系列的d r i v e r ，也需要采用v x d 模式， 但如果是需要提供对h i d ( h u m a n i n p u t d e v i c e ，人工输入设备) 、网络类以及多媒 体类的硬件支持就可以采用一种全新的驱动程序模型w d m 模型。 w d m 是w i n 3 2d r i v e r m o d e l 的缩写，是m i c r o s o f t 力推的全新驱动程序模型， 旨在通过提供一种灵活的方式来简化驱动程序的开发，在实现对新硬件支持的基 础上减少并降低所必需开发的驱动程序的数量和复杂性。除了通用的平台服务和 扩展外，w d m 还实现了一个模块化的、分层次类型的驱动程序结构，相信在不久 的将来，在w i n d o w s 平台上，w d m 将成为主流的驱动程序模型。 本文的驱动程序基于w i n d o w s2 0 0 0 操作系统，w i n d o w s2 0 0 0 原名w i n d o w s n t 5 0 ，是继w i n d o w s n t 4 0 之后的新一代操作系统，它不但继承了w i n d o w s n t 4 0 的种种优点，而且在技术上又有了许多的突破。w i n d o w s2 0 0 0 操作系统也引入 了w d m 驱动程序架构，这样w d m 就成为了一个跨平台的驱动程序模型。w d m 是在n t 4 0 驱动程序结构上发展起来的，所以它与n t 4 0 的驱动程序极为相似， 但是它却有了本质上的提高，比如它支持u s b 、i e e e1 3 9 4 和a c p i 等全新的硬件 标准，而且以往在两个平台上同时运行时需要编写两个不同的驱动程序，现在只 需要编写一个w d m 驱动程序就可以了。 w d m 驱动程序是w i r i d o w s2 0 0 0 操作系统重要的组成部分，设备驱动程序提 供连接到计算机硬件的软件接口，加载后成为操作系统内核的一部分，是操作系 统的一个信任部分。它使一个或多个设备可用于应用程序设计人员，每个设备代 表一个物理的或逻辑的硬件，用户应用程序以一种规范的方式访问硬件，而不必 考虑必须如何控制硬件。驱动程序的正常工作需要有w i n d o w s2 0 0 0 其它内核组件 的支持，同时大部分的内核组件也必须同w d m 驱动程序交互来完成它们的功能。 本文的驱动程序设计采用了w d m 架构来实现，在本节接下来的内容中将对 基于u s b 接口的c a p i 驱动程序开发 w i n d o w s2 0 0 0 操作系统以及w d m 驱动程序模型做简单介绍。 2 1 1 w i n d o w s2 0 0 0 概述 一、w i n d o w s2 0 0 0 的设计思想 在现代操作系统中，应用程序和操作系统本身是分丌的操作系统代码运 行在核心念并有权访问系统数据和硬件；应用程序运行在用户念，能够使用的接 口和访问系统数据的权限都受到限制。当用户程序调用系统服务时，处理器捕获 该调用，然后把调用的线程切换到核心态。当系统服务完成后，操作系统将线程 描述表切换回用户态，允许调用者继续运行。 系统核心念部分的设计是丰富多样的。较典型的有以下几种： 传统的单片式操作系统。系统被设计为一个单一的、庞大的软件系统，在 内部组件之问有许多关联。这种软件系统依赖于许多系统组件，这种相互 关联意味着要扩展系统，就需要对全部代码库进行大量修改。同时在单片 式操作系统中大量的操作系统代码运行于同一内存空间，这就意味着任何 操作系统组件都可能损坏正在被其它组件使用的数据。 分层式的操作系统。将操作系统划分为不同层次中的模块，每个模块提供 一组功能函数供其它模块调用，在某一层次上的代码只能调用较低层次上 的代码。分层操作系统结构的优点是：由于每层代码只能访问较低层的接 口( 或数据结构) ，因此限制了使用无限权利的代码数量，这种结构也允 许从最底层开始调试操作系统，然后一层一层的往上调试，直到整个操作 系统工作正常。层次化结构也使增强操作系统更容易，因为修改或替代单 独的一层，不影响系统的其它部分。 客户服务器微内核模型。其思想是把操作系统分成若干个服务器进程，每 个服务器进程完成一种服务，如内存管理服务、进程创建服务和处理器调 度服务。每个“服务器”运行在用户态，等待客户提出服务请求。“客户” 可以是另一个操作系统的组件，也可以是应用程序，它通过发送一个消息 给服务器来请求服务。运行在核心念的操作系统的微内核把该消息传递给 服务器，该服务器执行操作，内核用另一种消息把结果返回用户。 w i n d o w s2 0 0 0 融合了分层操作系统和客户服务器微内核操作系统的特点。对 性能影响很大的操作系统组件在核心念下运行。在核心态下，操