设备驱动接口函数DeviceIoControl使用实例.doc

设备驱动接口函数DeviceIoControl使用实例1. 通过API访问设备驱动程序Q 在NT/2000/XP中，我想用VC编写应用程序访问硬件设备，如获取磁盘参数、读写绝对扇区数据、测试光驱实际速度等，该从哪里入手呢？ A 在NT/2000/XP中，应用程序可以通过API函数DeviceIoControl来实现对设备的访问获取信息，发送命令，交换数据等。利用该接口函数向指定的设备驱动发送正确的控制码及数据，然后分析它的响应，就可以达到我们的目的。 DeviceIoControl的函数原型为 BOOL DeviceIoControl( HANDLE hDevice, / 设备句柄 DWORD dwIoControlCode, / 控制码 LPVOID lpInBuffer, / 输入数据缓冲区指针 DWORD nInBufferSize, / 输入数据缓冲区长度 LPVOID lpOutBuffer, / 输出数据缓冲区指针 DWORD nOutBufferSize, / 输出数据缓冲区长度 LPDWORD lpBytesReturned, / 输出数据实际长度单元长度 LPOVERLAPPED lpOverlapped / 重叠操作结构指针);设备句柄用来标识你所访问的设备。 发送不同的控制码，可以调用设备驱动程序的不同类型的功能。在头文件winioctl.h中，预定义的标准设备控制码，都以IOCTL或FSCTL开头。例如，IOCTL_DISK_GET_DRIVE_GEOMETRY是对物理驱动器取结构参数（介质类型、柱面数、每柱面磁道数、每磁道扇区数等）的控制码，FSCTL_LOCK_VOLUME是对逻辑驱动器的卷加锁的控制码。输入输出数据缓冲区是否需要，是何种结构，以及占多少字节空间，完全由不同设备的不同操作类型决定。在头文件winioctl.h中，已经为标准设备预定义了一些输入输出数据结构。重叠操作结构指针设置为NULL，DeviceIoControl将进行阻塞调用；否则，应在编程时按异步操作设计。Q 设备句柄是从哪里获得的？A 设备句柄可以用API函数CreateFile获得。它的原型为 HANDLE CreateFile( LPCTSTR lpFileName, / 文件名/设备路径 DWORD dwDesiredAccess, / 访问方式 DWORD dwShareMode, / 共享方式 LPSECURITY_ATTRIBUTES lpSecurityAttributes, / 安全描述符指针 DWORD dwCreationDisposition, / 创建方式 DWORD dwFlagsAndAttributes, / 文件属性及标志 HANDLE hTemplateFile / 模板文件的句柄);CreateFile这个函数用处很多，这里我们用它“打开”设备驱动程序，得到设备的句柄。操作完成后用CloseHandle关闭设备句柄。与普通文件名有所不同，设备驱动的“文件名”(常称为“设备路径”)形式固定为“.DeviceName”(注意在C程序中该字符串写法为“.DeviceName”)，DeviceName必须与设备驱动程序内定义的设备名称一致。一般地，调用CreateFile获得设备句柄时，访问方式参数设置为0或GENERIC_READ|GENERIC_WRITE，共享方式参数设置为FILE_SHARE_READ|FILE_SHARE_WRITE，创建方式参数设置为OPEN_EXISTING，其它参数设置为0或NULL。 Q 可是，我怎么知道设备名称是什么呢？ A 一些存储设备的名称是微软定义好的，不可能有什么变化。大体列出如下 软盘驱动器 A:, B: 硬盘逻辑分区 C:, D:, E:, . 物理驱动器 PHYSICALDRIVEx CD-ROM, DVD/ROM CDROMx 磁带机 TAPEx 其中，物理驱动器不包括软驱和光驱。逻辑驱动器可以是IDE/SCSI/PCMCIA/USB接口的硬盘分区（卷）、光驱、MO、CF卡等，甚至是虚拟盘。x=0，1，2 其它的设备名称需通过驱动接口的GUID调用设备管理函数族取得，这里暂不讨论。Q 请举一个简单的例子说明如何通过DeviceIoControl访问设备驱动程序。A 这里有一个从MSDN上摘抄来的demo程序，演示在NT/2000/XP中如何通过DeviceIoControl获取硬盘的基本参数。/* The code of interest is in the subroutine GetDriveGeometry. The code in main shows how to interpret the results of the IOCTL call. */ #include #include BOOL GetDriveGeometry(DISK_GEOMETRY *pdg) HANDLE hDevice; / handle to the drive to be examined BOOL bResult; / results flag DWORD junk; / discard results hDevice = CreateFile(.PhysicalDrive0, / drive to open 0, / no access to the drive FILE_SHARE_READ | / share mode FILE_SHARE_WRITE, NULL, / default security attributes OPEN_EXISTING, / disposition 0, / file attributes NULL); / do not copy file attributes if (hDevice = INVALID_HANDLE_VALUE) / cannot open the drive return (FALSE); bResult = DeviceIoControl(hDevice, / device to be queried IOCTL_DISK_GET_DRIVE_GEOMETRY, / operation to perform NULL, 0, / no input buffer pdg, sizeof(*pdg), / output buffer &junk, / # bytes returned (LPOVERLAPPED) NULL); / synchronous I/O CloseHandle(hDevice); return (bResult); int main(int argc, char *argv) DISK_GEOMETRY pdg; / disk drive geometry structure BOOL bResult; / generic results flag ULONGLONG DiskSize; / size of the drive, in bytes bResult = GetDriveGeometry (&pdg); if (bResult) printf(Cylinders = %I64dn, pdg.Cylinders); printf(Tracks per cylinder = %ldn, (ULONG) pdg.TracksPerCylinder); printf(Sectors per track = %ldn, (ULONG) pdg.SectorsPerTrack); printf(Bytes per sector = %ldn, (ULONG) pdg.BytesPerSector); DiskSize = pdg.Cylinders.QuadPart * (ULONG)pdg.TracksPerCylinder * (ULONG)pdg.SectorsPerTrack * (ULONG)pdg.BytesPerSector; printf(Disk size = %I64d (Bytes) = %I64d (Mb)n, DiskSize, DiskSize / (1024 * 1024); else printf(GetDriveGeometry failed. Error %ld.n, GetLastError(); return (int)bResult);现在我们总结一下通过DeviceIoControl访问设备驱动程序的“三步曲”：首先用CreateFile取得设备句柄，然后用DeviceIoControl与设备进行I/O，最后别忘记用CloseHandle关闭设备句柄。 2. 获取软盘/硬盘/光盘的参数Q 在MSDN的那个demo中，将设备名换成“A:”取A盘参数，先用资源管理器读一下盘，再运行这个程序可以成功，但换一张盘后就失败；换成“CDROM0”取CDROM参数，无论如何都不行。这个问题如何解决呢？A 取软盘参数是从软盘上读取格式化后的信息，也就是必须执行读操作，这一点与硬盘不同。将CreateFile中的访问方式改为GENERIC_READ就行了。IOCTL_DISK_GET_DRIVE_GEOMETRY这个I/O控制码，对软盘和硬盘有效，但对一些可移动媒介如CD/DVD-ROM、TAPE等就不管用了。要取CDROM参数，还得另辟蹊径。IOCTL_STORAGE_GET_MEDIA_TYPES_EX能够帮我们解决问题。Q 使用这些I/O控制码，需要什么样的输入输出数据格式呢？A DeviceIoControl使用这两个控制码时，都不需要输入数据。IOCTL_DISK_GET_DRIVE_GEOMETRY直接输出一个DISK_GEOMETRY结构： typedef struct _DISK_GEOMETRY LARGE_INTEGER Cylinders; / 柱面数 MEDIA_TYPE MediaType; / 介质类型 DWORD TracksPerCylinder; / 每柱面的磁道数 DWORD SectorsPerTrack; / 每磁道的扇区数 DWORD BytesPerSector; / 每扇区的字节数 DISK_GEOMETRY;IOCTL_STORAGE_GET_MEDIA_TYPES_EX输出一个GET_MEDIA_TYPES结构： typedef struct _GET_MEDIA_TYPES DWORD DeviceType; / 设备类型 DWORD MediaInfoCount; / 介质信息条数 DEVICE_MEDIA_INFO MediaInfo1; / 介质信息 GET_MEDIA_TYPES;让我们来看一下DEVICE_MEDIA_INFO结构的定义： typedef struct _DEVICE_MEDIA_INFO union struct LARGE_INTEGER Cylinders; / 柱面数 STORAGE_MEDIA_TYPE MediaType; / 介质类型 DWORD TracksPerCylinder; / 每柱面的磁道数 DWORD SectorsPerTrack; / 每磁道的扇区数 DWORD BytesPerSector; / 每扇区的字节数 DWORD NumberMediaSides; / 介质面数 DWORD MediaCharacteristics; / 介质特性 DiskInfo; / 硬盘信息 struct LARGE_INTEGER Cylinders; / 柱面数 STORAGE_MEDIA_TYPE MediaType; / 介质类型 DWORD TracksPerCylinder; / 每柱面的磁道数 DWORD SectorsPerTrack; / 每磁道的扇区数 DWORD BytesPerSector; / 每扇区的字节数 DWORD NumberMediaSides; / 介质面数 DWORD MediaCharacteristics; / 介质特性 RemovableDiskInfo; / “可移动盘”信息 struct STORAGE_MEDIA_TYPE MediaType; / 介质类型 DWORD MediaCharacteristics; / 介质特性 DWORD CurrentBlockSize; / 块的大小 TapeInfo; / 磁带信息 DeviceSpecific; DEVICE_MEDIA_INFO;其中CD-ROM属于“可移动盘”的范围。请注意，GET_MEDIA_TYPES结构本身只定义了一条DEVICE_MEDIA_INFO，额外的DEVICE_MEDIA_INFO需要紧接此结构的另外的空间。Q 调用方法我了解了，请用VC举个例子来实现我所期待已久的功能吧？A 好，现在就演示一下如何取软盘/硬盘/光盘的参数。测试时，记得要有软盘/光盘插在驱动器里喔！ 首先，用MFC AppWizard生成一个单文档的应用程序，取名为DiskGeometry，让它的View基于CEditView。 然后，添加以下的.h和.cpp文件。 / GetDiskGeometry.h/ #if !defined(GET_DISK_GEOMETRY_H_)#define GET_DISK_GEOMETRY_H_ #if _MSC_VER 1000#pragma once#endif / _MSC_VER 1000 #include BOOL GetDriveGeometry(const char* filename, DISK_GEOMETRY *pdg); #endif / !defined(GET_DISK_GEOMETRY_H_) / GetDiskGeometry.cpp/ #include stdafx.h#include GetDiskGeometry.h / IOCTL_STORAGE_GET_MEDIA_TYPES_EX可能返回不止一条DEVICE_MEDIA_INFO，故定义足够的空间#define MEDIA_INFO_SIZE sizeof(GET_MEDIA_TYPES)+15*sizeof(DEVICE_MEDIA_INFO) / filename - 用于设备的文件名/ pdg - 参数缓冲区指针BOOL GetDriveGeometry(const char* filename, DISK_GEOMETRY *pdg) HANDLE hDevice; / 设备句柄 BOOL bResult; / DeviceIoControl的返回结果 GET_MEDIA_TYPES *pmt; / 内部用的输出缓冲区 DWORD dwOutBytes; / 输出数据长度 / 打开设备 hDevice = :CreateFile(filename, / 文件名 GENERIC_READ, / 软驱需要读盘 FILE_SHARE_READ | FILE_SHARE_WRITE, / 共享方式 NULL, / 默认的安全描述符 OPEN_EXISTING, / 创建方式 0, / 不需设置文件属性 NULL); / 不需参照模板文件 if (hDevice = INVALID_HANDLE_VALUE) / 设备无法打开. return FALSE; / 用IOCTL_DISK_GET_DRIVE_GEOMETRY取磁盘参数 bResult = :DeviceIoControl(hDevice, / 设备句柄 IOCTL_DISK_GET_DRIVE_GEOMETRY, / 取磁盘参数 NULL, 0, / 不需要输入数据 pdg, sizeof(DISK_GEOMETRY), / 输出数据缓冲区 &dwOutBytes, / 输出数据长度 (LPOVERLAPPED)NULL); / 用同步I/O / 如果失败，再用IOCTL_STORAGE_GET_MEDIA_TYPES_EX取介质类型参数 if (!bResult) pmt = (GET_MEDIA_TYPES *)new BYTEMEDIA_INFO_SIZE; bResult = :DeviceIoControl(hDevice, / 设备句柄 IOCTL_STORAGE_GET_MEDIA_TYPES_EX, / 取介质类型参数 NULL, 0, / 不需要输入数据 pmt, MEDIA_INFO_SIZE, / 输出数据缓冲区 &dwOutBytes, / 输出数据长度 (LPOVERLAPPED)NULL); / 用同步I/O if (bResult) / 注意到结构DEVICE_MEDIA_INFO是在结构DISK_GEOMETRY的基础上扩充的 / 为简化程序，用memcpy代替如下多条赋值语句： / pdg-MediaType = (MEDIA_TYPE)pmt-MediaInfo0.DeviceSpecific.DiskInfo.MediaType; / pdg-Cylinders = pmt-MediaInfo0.DeviceSpecific.DiskInfo.Cylinders; / pdg-TracksPerCylinder = pmt-MediaInfo0.DeviceSpecific.DiskInfo.TracksPerCylinder; / . . :memcpy(pdg, pmt-MediaInfo, sizeof(DISK_GEOMETRY); delete pmt; / 关闭设备句柄 :CloseHandle(hDevice); return (bResult);然后，在Toolbar的IDR_MAINFRAME上添加一个按钮，ID为ID_GET_DISK_GEOMETRY。打开ClassWizard，在DiskGeometryView中 添加ID_GET_DISK_GEOMETRY的映射函数OnGetDiskGeometry。打开DiskGeometryView.cpp，包含头文件GetDiskGeometry.h。 在OnGetDiskGeometry中，添加以下代码 const char *szDevName= .A:, .B:, .PhysicalDrive0, .PhysicalDrive1, .PhysicalDrive2, .PhysicalDrive3, .Cdrom0, .Cdrom1, ; DISK_GEOMETRY dg; ULONGLONG DiskSize; BOOL bResult; CString strMsg; CString strTmp; for (int i = 0; i TracksPerCylinder * lpGeometry-SectorsPerTrack * lpGeometry-BytesPerSector; / 偏移 :SetFilePointer(hDisk, VirtBufSize*dwStartCylinder, NULL, FILE_BEGIN); return :ReadFile(hDisk, pBuf, VirtBufSize*dwCylinderNumber, &BytesRead, NULL); / 从指定磁道开始写磁盘BOOL WriteTracks(HANDLE hDisk, PDISK_GEOMETRY lpGeometry, LPVOID pBuf, DWORD dwStartCylinder, DWORD dwCylinderNumber) DWORD VirtBufSize; DWORD BytesWritten; / 大小 VirtBufSize = lpGeometry-TracksPerCylinder * lpGeometry-SectorsPerTrack * lpGeometry-BytesPerSector; / 偏移 :SetFilePointer(hDisk, VirtBufSize*dwStartCylinder, NULL, FILE_BEGIN); return :WriteFile(hDisk, pBuf, VirtBufSize*dwCylinderNumber, &BytesWritten, NULL); / 从指定磁道开始格式化磁盘BOOL LowLevelFormatTracks(HANDLE hDisk, PDISK_GEOMETRY lpGeometry, DWORD dwStartCylinder, DWORD dwCylinderNumber) FORMAT_PARAMETERS FormatParameters; PBAD_TRACK_NUMBER lpBadTrack; DWORD dwOutBytes; DWORD dwBufSize; BOOL bResult; FormatParameters.MediaType = lpGeometry-MediaType; FormatParameters.StartCylinderNumber = dwStartCylinder; FormatParameters.EndCylinderNumber = dwStartCylinder + dwCylinderNumber - 1; FormatParameters.StartHeadNumber = 0; FormatParameters.EndHeadNumber = lpGeometry-TracksPerCylinder - 1; dwBufSize = lpGeometry-TracksPerCylinder * sizeof(BAD_TRACK_NUMBER); lpBadTrack = (PBAD_TRACK_NUMBER) new BYTEdwBufSize; / 用IOCTL_DISK_FORMAT_TRACKS对连续磁道进行低级格式化 bResult = :DeviceIoControl(hDisk, / 设备句柄 IOCTL_DISK_FORMAT_TRACKS, / 低级格式化 &FormatParameters, sizeof(FormatParameters), / 输入数据缓冲区 lpBadTrack, dwBufSize, / 输出数据缓冲区 &dwOutBytes, / 输出数据长度 (LPOVERLAPPED)NULL); / 用同步I/O delete lpBadTrack; return bResult; / 将卷锁定BOOL LockVolume(HANDLE hDisk) DWORD dwOutBytes; BOOL bResult; / 用FSCTL_LOCK_VOLUME锁卷 bResult = :DeviceIoControl(hDisk, / 设备句柄 FSCTL_LOCK_VOLUME, / 锁卷 NULL, 0, / 不需要输入数据 NULL, 0, / 不需要输出数据 &dwOutBytes, / 输出数据长度 (LPOVERLAPPED)NULL); / 用同步I/O return bResult; / 将卷解锁BOOL UnlockVolume(HANDLE hDisk) DWORD dwOutBytes; BOOL bResult; / 用FSCTL_UNLOCK_VOLUME开卷锁 bResult = :DeviceIoControl(hDisk, / 设备句柄 FSCTL_UNLOCK_VOLUME, / 开卷锁 NULL, 0, / 不需要输入数据 NULL, 0, / 不需要输出数据 &dwOutBytes, / 输出数据长度 (LPOVERLAPPED)NULL); / 用同步I/O return bResult; / 将卷卸下/ 该操作使系统重新辨识磁盘，等效于重新插盘BOOL DismountVolume(HANDLE hDisk) DWORD dwOutBytes; BOOL bResult; / 用FSCTL_DISMOUNT_VOLUME卸卷 bResult = :DeviceIoControl(hDisk, / 设备句柄 FSCTL_DISMOUNT_VOLUME, / 卸卷 NULL, 0, / 不需要输入数据 NULL, 0, / 不需要输出数据 &dwOutBytes, / 输出数据长度 (LPOVERLAPPED)NULL); / 用同步I/O return bResult;将软盘保存成镜像文件的步骤简单描述为： 1、创建空的镜像文件。 2、调用OpenDisk打开软盘。成功转3，失败转8。 3、调用LockVolume将卷锁定。成功转4，失败转7。 4、调用GetDiskGeometry获取参数。成功转5，失败转6。 5、将磁盘参数写入镜像文件作为文件头。调用ReadTracks按柱面读出数据，保存在镜像文件中。循环次数等于柱面数。 6、调用UnlockVolume将卷解锁。 7、调用CloseDisk关闭软盘。 8、关闭镜像文件。 将镜像文件载入软盘的步骤简单描述为：1、打开镜像文件。2、调用OpenDisk打开软盘。成功转3，失败转11。3、调用LockVolume将卷锁定。成功转4，失败转10。4、调用GetDiskGeometry获取参数。成功转5，失败转9。5、从镜像文件中读出文件头，判断两个磁盘参数是否一致。不一致转6，否则转7。6、调用LowLevelFormatTracks按柱面格式化软盘。循环次数等于柱面数。成功转7，失败转8。7、从镜像文件中读出数据，并调用WriteTracks按柱面写入磁盘。循环次数等于柱面数。8、调用DismountVolume将卷卸下。9、调用UnlockVolume将卷解锁。10、调用CloseDisk关闭软盘。11、关闭镜像文件。Q 我注意到，磁盘读写和格式化是按柱面进行的，有什么道理吗？ A 没有特别的原因，只是因为在这个例子中可以方便地显示处理进度。 有一点需要特别提及，按绝对地址读写磁盘数据时，“最小单位”是扇区，地址一定要与扇区对齐，长度也要等于扇区长度的整数倍。比如，每扇区512字节，那么起始地址和数据长度都应能被512整除才行。 Q 我忽然产生了一个伟大的想法，用绝对地址读写的方式使用磁盘，包括U盘啦，MO啦，而不是用现成的文件系统，那不是可以将数据保密了吗？ A 当然，只要你喜欢。可千万别在你的系统盘上做试验，否则.可别怪bhw98没有提醒过你喔！ Q 我知道怎么测试光驱的传输速度了，就用上面的方法，读出一定长度数据，除以所需时间，应该可以吧？ A 可以。但取光盘参数时要用IOCTL_STORAGE_GET_MEDIA_TYPES_EX，我们已经探讨过的4. 获取硬盘的详细信息Q 用IOCTL_DISK_GET_DRIVE_GEOMETRYIOCTL_STORAGE_GET_MEDIA_TYPES_EX只能得到很少的磁盘参数，我想获得包括硬盘序列号在内的更加详细的信息，有什么办法呀？A 确实，用你所说的I/O控制码，只能得到最基本的磁盘参数。获取磁盘出厂信息的I/O控制码，微软在VC/MFC环境中没有开放，在DDK中可以发现一些线索。早先，Lynn McGuire写了一个很出名的获取IDE硬盘详细信息的程序DiskID32，下面的例子是在其基础上经过增删和改进而成的。本例中，我们要用到ATA/APAPI的IDENTIFY DEVICE指令。ATA/APAPI是国际组织T13起草和发布的IDE/EIDE/UDMA硬盘及其它可移动存储设备与主机接口的标准，至今已经到了ATA/APAPI-7版本。该接口标准规定了ATA/ATAPI 设备的输入输出寄存器和指令集。欲了解更详细的ATA/ATAPI技术资料，可访问T13的站点。用到的常量及数据结构有以下一些：/ IOCTL控制码/ #define DFP_SEND_DRIVE_COMMAND0x0007c084#define DFP_SEND_DRIVE_COMMANDCTL_CODE(IOCTL_DISK_BASE, 0x0021,METHOD_BUFFERED, FILE_READ_ACCESS | FILE_WRITE_ACCESS)/ #define DFP_RECEIVE_DRIVE_DATA0x0007c088#define DFP_RECEIVE_DRIVE_DATA CTL_CODE(IOCTL_DISK_BASE, 0x0022,METHOD_BUFFERED, FILE_READ_ACCESS | FILE_WRITE_ACCESS)#define FILE_DEVICE_SCSI0x0000001b#define IOCTL_SCSI_MINIPORT_IDENTIFY (FILE_DEVICE_SCSI 16) + 0x0501)#define IOCTL_SCSI_MINIPORT 0x0004D008/ see NTDDSCSI.H for definition/ ATA/ATAPI指令#define IDE_ATA_IDENTIFY 0xEC/ ATA的ID指令(IDENTIFY DEVICE)/ IDE命令寄存器typede