Драйверы устройств это программы уровня

1. Теоретические сведения 4
1.1. Разработка драйверов ядра Windows 4
1.2. Драйверы виртуальных устройств Windows. 11
1.3. Доступ к существующим драйверам из приложений пользовательского режима 21
2. Выполнение курсовой работы 27
2.1. Шаг 1 27
Листинг Kurs_test.cpp 27
Листинг beeper.sys 28
2.2. Шаг 2 30
Листинг shablon.c 30
Листинг курсовая2.cpp 32
2.3. Шаг 3 34
Листинг курсовая.cpp 34
2.4. Шаг 4 35
3. Работа приложения 38

Содержимое работы — 1 файл

1. Теоретические сведения 4

1.1. Разработка драйверов ядра Windows 4

1.2. Драйверы виртуальных устройств Windows. 11

1.3. Доступ к существующим драйверам из приложений пользовательского режима 21

2. Выполнение курсовой работы 27

Листинг Kurs_test.cpp 27

Листинг beeper.sys 28

Листинг shablon.c 30

Листинг курсовая2.cpp 32

Листинг курсовая.cpp 34

3. Работа приложения 38

Теоретические сведения

Разработка драйверов ядра Windows

Краткие теоретические сведения

Что такое Драйвера — Объяснение | Как это работает

Разработка драйверов ядра

Драйвер (от англ. driver) — это компьютерная программа, с помощью которой другая программа (обычно, операционная система) получает доступ к аппаратному обеспечению стандартным образом.

Схематично, чтобы показать, как работают разные типы драйверов:

│драйвер ядра│ │ драйвер вир- │ │ драйвер реа- │

└────────────┘ │туального у-ва│ │ ального у-ва │

Удобно разделить на 2 типа:

— Драйверы ядра (работают на 0 уровне привилегий, но никак не взаимодействуют ни с программой пользователя, ни с устройством. Именно с них мы и начнем (они проще и тоже могут принести пользу).

— Драйверы устройств — необходимы, чтобы осуществлять взаимодействие между программой пользователя и устройством, а именно, передавать данные между ними, управлять устройством. Причем, устройства могут быть как реальными, так и виртуальными) . Драйвер не обязательно должен управлять каким-нибудь физическим устройством. Некоторые ОС дают возможность создавать также драйверы виртуальных устройств — объектов, которые ведут себя аналогично устройствам в/выв, но не отвечают никакому физическому устройству.

Компоненты ядра выполняются в привилегированном режиме процессора (называемом режимом ядра), могут выполнять все, а именно:

— они могут выполнять привилегированные команды процессора (например, lgdt),

— могут иметь доступ к системным данным и коду,

— имеют прямой доступ к оборудованию, например, через порты

— имеют доступ к ячейкам памяти; драйвер не может манипулировать физической памятью напрямую, однако может получить виртуальный адрес для любого физического и манипулировать им.

Если требуется написать сколь-нибудь серьезное приложение, для работы которого необходим доступ к внутренним функциям или структурам данных системы, то можно столкнуться со множеством ограничений, преодолеть которые можно только разместив свой код в системном адресном пространстве. Из документированных существует только один способ это сделать — установить драйвер. Способ этот относительно прост, надежен, а главное, полностью обеспечен поддержкой со стороны самой операционной системы.

Установка ВСЕХ Драйверов на Windows 7/8/10 в Один Клик | UnderMind

Код ядра (собственно это и есть сама система) рассматривается как полностью доверительный. Поэтому, будучи загруженным в системное адресное пространство, драйвер становится частью системы и на него не накладываются какие-либо ограничения. В Windows — это практически единственный способ не разработчикам ОС писать системные компоненты уровня ядра.

Для написания и изучения способов разработки драйверов применяют DDK (Device Development Kit) — систему для разработки драйверов.

Помимо документации в DDK входит набор включаемых файлов (*.inc) и библиотечных файлов (*.lib).

Таким образом, Windows поддерживают различные типы драйверов устройств, но, кроме того, существуют драйверы, которые не являются драйверами устройств, а просто позволяют создавать программы, которые в Windows будут работать в режиме ядра, т.е. на 0 уровне привилегий. При этом они полностью получают доступ к ОС и оборудованию.

Рассмотрим самый простой драйвер режима ядра.

IN PDRIVER_OBJECT pDriverObject,

IN PUNICODE_STRING pusRegistryPath )

return STATUS_DEVICE_CONFIGURATION_ ERROR;

Точкой входа является DriverEntry, которая оформлена в виде процедуры, принимающей два параметра:

pDriverObject — указатель на объект только что созданного драйвера. Загружая драйвер, система создает объект «драйвер» (driver object), представляющий для нее образ драйвера в памяти. Через этот объект система управляет драйвером. Объект «драйвер» представляет собой обыкновенную структуру данных типа DRIVER_OBJECT.

pusRegistryPath — указатель на раздел реестра, содержащий параметры инициализации драйвера.

Этот наш первый драйвер только загружается в систему и тут же выгружается.

Теперь рассмотрим программу-шаблон, которую нужно будет использовать для разработки программы на первом шаге курсовой работы (драйвер режима ядра beeper.sys).

Задача этого драйвера — исполнять на системном динамике одну ноту до первой октавы. Для этого драйвер использует инструкции процессора in и out, обращаясь к соответствующим портам ввода-вывода. Общеизвестно, что доступ к портам ввода-вывода – это свято охраняемый Windows системный ресурс. Попытка обращения к любому из них, как на ввод, так и на вывод, из режима пользователя, неизбежно приводит к появлению исключения.

В нашем примере будет работать динамик (для этого используется, в частности, порт 61h, 0 и 1 биты, порт 43h и 42h).

В начале драйвера определены все 12 нот.

Нужно будет не просто включить динамик, а установить частоту звука. Для этого используется подсистема таймера, которая работает независимо от процессора и имеет 3 канала. Выход канала 2 связан с динамиком, который используется для генерации звука разной частоты. Слышимый диапазон звука — 30Гц-6000Гц.

Чтобы задать частоту звука, в порт 43h (регистр команд таймера) посылается управляющее слово 0Bh:

Это значение определяет номер канала, которым мы будем управлять, тип операции, режим работы канала и формат счетчика.

Затем в порт 42h посылается пересчитанная частота звука (1193167/частоту (Гц)) двумя порциями (сначала младшая часть, затем — старшая).

Например, мы хотим получить частоту звука в 100Гц. Пересчитываем частоту,

На первом шаге курсовой работы необходимо изменить программу так, чтобы она выдавала другие музыкальные звуки (у каждого по варианту).

Зачастую в заданиях нужно задавать разные длительности. Для этого удобно использовать процедуру DO_DELAY, передав в нее косвенно определенный параметр «время звучания».

Чтобы было удобно отлаживать драйвер, существуют различные средства. Самое простое – осуществлять вывод необходимой информации в специальное окно утилиты Debug View. Предварительно эта программа запускается, настраивается на перехват сообщений с уровня ядра. Для вывода в программе вызывается функция DbgPrint, имеющая один параметр – выводимую строку. После запуска драйвера в окне Debug View отображается весь вывод.

Существуют различные способа установки драйвера в ядро. Так как наш драйвер, вообще-то, системе не нужен (он не руководит никаким устройством), то мы будем временно подключать драйвер к системе, а затем его удалять.

Для этого необходимо создать приложение, которое будет запускать драйвер. Каким образом? Драйвер – это служба уровня ядра. Поэтому приложение будет использовать SCM — Диспетчер управления службами (Service Control Manager), который входит в состав Windows и работает на пользовательском уровне.

Таким образом, необходимо построить решение из двух проектов: консольное приложение и драйвер.

Для разработки драйверов на С нужно предварительно:

— установить переменную среды WNETBASE (значение – путь к DDK, например, e:winddk3790.1830).

Проект с драйвером должен быть типа MakeFile.

Сделать настройки проекта с помощью Application Settings и в поле Build Command Line записать строку

ddkbuild -WNETXP chk . –ceZ

что означает вызов специального скрипта для связи VC с DDK

В текущей папке проекта должны присутствовать файлы:

sources, makefile, ddkbuild.cmd (скрипт), исходный файл драйвера .c

После построения проекта драйвер должен иметь расширение .sys.

Приложение запускает драйвер beeper.sys, т.е. прописывает его в реестре, и запускает в работу. Затем по окончании удаляет из реестра.

Чтобы приложение могло запустить драйвер, после построения решения, которое состоит из двух проектов – приложения и драйвера, нужно поместить исполнимый файл приложения и драйвер в одну папку, а затем запустить приложение..

Драйверы очень трудно отлаживать. При ошибках в работе ОС чаще всего зависает, и требуется перезагрузка. А для нашего драйвера после перезагрузки еще и необходимо удалить службу beeper06 из реестра с помощью regedit (HKEY_LOCAL_MACHINESYSTEM CurrentControlSetServices), а потом снова перезагрузиться.

Драйверы виртуальных устройств Windows.

До сих пор мы разрабатывали драйвер режима ядра, который может делать то, что нельзя на пользовательском уровне, в частности, работать с портами в/выв. Такой драйвер называется драйвером ядра, но не драйвером устройства, потому что не передаются данные между программой пользователя и устройством (Драйвер ведь обычно зачем нужен? Чтобы организовывать обмен данными между приложением пользователя и устройством).

Сейчас мы будем разрабатывать драйверы устройств, которые передают данные туда и обратно между приложением пользователя и устройством.

Работа приложения с драйвером

│- читает или пишет │

Когда приложению требуется операция в/выв, то происходит обращение к драйверу. Для этого приложение может давать запрос на чтение данных из устройства или запись данных на устройство. А если требуется какое-то другое действие, например, опрос или управление устройством, либо что-либо другое, то для этого используется т.н. IOCTL-интерфейс (Device In-Out Control).

Разработка драйвера устройства

Разработка драйвера устройства — это разработка компьютерной программы, управляющей строго определенным типом устройства, которое подключено к настольному или переносному компьютеру.

Общие сведения о драйверах

При решении обширной совокупности задач появляется часто необходимость сконфигурировать устройство согласно необходимым задачам пользователя. К сфере подобных задач относится разработка драйверов, что является чрезвычайно актуальным в современной действительности, в которой информация считается одним из самых важных ресурсов.

Одним из элементов системы является драйвер, который выполняет протоколирование информационного обмена между компьютером и определенным внешним устройством на универсальной последовательной шине USB. В современных операционных системах имеется возможность динамической загрузки и выгрузки драйверов, получения их из сети Интернет, осуществления взаимодействия между драйверами разного уровня, применяя их как своеобразные библиотеки.

К драйверу предъявляются следующие основные требования:

1. Драйвер обязан выполнять обработку запросов на чтение и запись информации, приходящих к устройству.
2. Драйвер обязан обеспечить поддержку окончания обработки всех пакетов в стеке перед отключением устройства.
3. Пакеты, которые не могут быть обработаны фильтр-драйвером должны транслироваться вниз по стеку основным драйверам.
4. Драйвер не должен вызывать сбои в работе операционной системы.
5. Драйвер должен обеспечивать поддержку подключения нескольких USB-устройств применением подсистемы PnP.

Разработка драйвера устройства

Архитектурная организация операционной системы Windows полностью согласуется со стандартными представлениями о формировании операционных систем. Исполняемый код в Windows обладает двумя уровнями привилегий, а именно:

1. Уровень кода пользовательского режима.
2. Уровень кода режима ядра.

Уровень привилегий способен накладывать некоторые ограничения, в частности, в пользовательском режиме не могут исполняться привилегированные инструкции процессора, а также не разрешается обращаться к защищенным страницам памяти. Данные ограничения призваны обеспечить безопасность работы системы.

«Разработка драйвера устройства»
Готовые курсовые работы и рефераты
Решение учебных вопросов в 2 клика
Помощь в написании учебной работы

Пользовательские приложения не должны обладать возможностью по ошибке или преднамеренно внести коррективы в критические таблицы операционной системы или в области памяти иных приложений. Кроме того, данные ограничения не разрешают пользовательским приложениям напрямую осуществлять управление внешними устройствами, так как каждое из них выступает как разделяемый ресурс.

В операционной системе Windows осуществление обмена информационными данными и управление доступом к внешнему устройству как к разделяемому ресурсу возложено на драйвер этого устройства. Ввод и вывод данных в драйверах устройств реализуется при помощи IRP-пакетов (Input/Output Request Packet). Запросы на ввод и вывод данных, которые посылают приложения или другие драйверы, должны обрабатываться драйвером устройства, а затем запросившей программе в том же пакете отправляется статус завершения операции. Архитектурная организация ввода и вывода Windows изображена на рисунке ниже.

Рисунок 1. Архитектурная организация ввода и вывода Windows. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Процесс управления внешним устройством в общем виде может быть сведен к наполнению его регистров требуемыми данными. Обеспечение монопольного доступа драйвера к данным регистрам должно гарантироваться операционной системой. Следовательно, при таких обстоятельствах необходимо, чтобы драйвер устройства исполнялся в режиме ядра.

Классификацию драйверов Windows в обобщенном случае можно представить в следующем виде:

1. Драйверы, выполняемые в режиме ядра, к которым относятся унаследованные драйверы, драйверы, принадлежащие файловой системе, драйверы видеоустройств, драйверы системы PnP (Plug And Play).
2. Драйверы WDM.
3. Драйверы пользовательского режима, в частности, драйверы виртуальных устройств.

Действия программиста, который создает драйвер внешнего, то есть не расположенного на материнской плате, USB устройства сводятся к тому, чтобы использовать программный интерфейс системных драйверов шины USB, связь с которым осуществляется при помощи пакетов, именуемых URB (USB Request Block) пакетами. Операции с регистрами USB контроллеров на материнской плате теперь относятся к обязанностям узкого круга специалистов, а именно, разработчиков материнских плат и операционных систем. Всем другим специалистам, занимающимся USB-устройств в операционной системе Windows следует использовать достаточно развитый программный интерфейс WDM-драйверов, способных взять на себя все аппаратно-ориентированные операции.

Весь набор операций по трансляции данных по шине USB должен инициироваться хостом. Периферийным устройствам не разрешается самим начинать процедуру обмена данными, они способны лишь реагировать на команды хоста. Система USB подразделяется на три логических уровня с заданными правилами взаимодействия. Устройство USB должно содержать следующие составляющие:

1. Интерфейсная составляющая.
2. Логическая составляющая.
3. Функциональная составляющая.

Хост тоже подразделяется на следующие составляющие:

1. Интерфейсная составляющая.
2. Системная составляющая.
3. Программное обеспечение.

Каждая составляющая призвана решать лишь определенный круг задач. Процесс логического и реального взаимодействия между ними показан на рисунке ниже.

Рисунок 2. Процесс логического и реального взаимодействия. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Следовательно, процедура обмена данными между прикладной программой и шиной USB осуществляется за счет передачи буферов памяти через следующую совокупность уровней:

1. Уровень клиентского программного обеспечения в хосте, который, как правило, должен предоставляться драйвером устройства USB.
2. Уровень системного программного обеспечения USB в хосте (USBD, Universal Serial Bus Driver).
3. Уровень хост-контроллера интерфейса шины USB (HCD, Host Controller Driver), преобразующий запросы ввода и вывода в структуры данных, по которым хост-контроллер исполняет физические транзакции, работает с регистрами хост-контроллера.

Источник: spravochnick.ru

Технология Plug and Play и драйверы устройств

Что такое драйвер устройства, Plug and Play, DirectX и хранилище драйверов?

Успешность работы пользователя во многом зависит от того, насколько хорошо работают внешние и внутренние устройства. Для наилучшей работы оборудования, нужны хорошие, проверенные драйвера. Сегодня, и на протяжение нескольких тем позднее, мы обсудим основные вопросы по работе с драйверами для различных устройств.

Сегодняшняя запись будет местом сосредоточения определений, связанных с темой оборудования компьютера. Эта запись нужна для того, чтобы легко можно было обратиться к ней, в случае возникновения вопроса по какому-либо определению. Объяснив же однажды что есть что, я лишу себя необходимости повторять определения вновь и вновь. Поехали.

Что такое драйвер устройства?

Что из себя представляет драйвер устройства? Драйвер какого-либо устройства — это программный пакет, в котором указаны правила использования данного устройства. Драйвер является переходным уровнем между операционной системой и аппаратным обеспечением компьютера. С помощью операционной системы мы даем сигнал, например, включить web-камеру.

Чтобы физически включить web-камеру нужно передать какой-то сигнал в нее. Драйвер устройства и выполняет роль передатчика программного сигнала до физического устройства, и обратно. Не будь драйверов, мы бы не смогли работать на компьютере, так как операционная система не может на прямую обращаться к устройству. Именно этим и объясняется возможность фатальных ошибок BSOD, при которых вернуть операционную систему к жизни уже невозможно.

Технология Plug and Play

Технология Plug and Play(включи и играй, PnP) — это технология компании Microsoft, благодаря которому возможно автоматическое определение и настройка подключенного устройства. Другими словами, подключи устройство и используй его. Именно поэтому технологию и назвали Plug and Play. Это технология лишает пользователя необходимости искать и устанавливать драйвера вручную.

Например, большинство компьютерных мышек и клавиатур, сразу же после первого подключения готовы к работе. А ведь Вы даже не установили драйвер этого устройства!

Что такое PnP-устройство?

PnP-устройство — это такое устройство, которое поддерживает технологию Plug and Play. А это означает, что благодаря работе нескольких подсистем, драйвер для данного устройства будет найден и установлен автоматически, без участия пользователя. Поэтому, на упаковке товара стараются указать что устройство является именно Plug and Play устройством — ведь это лишает пользователя сомнений по поводу того, сможет ли он самостоятельно установить устройство.

Где найти диспетчер устройств в Windows?

Диспетчер устройств — это оснастка консоли MMC, специализация которой управление аппаратным обеспечением компьютера. Тут Вы можете ознакомится с полным списком всех установленных на компьютере устройств. Но, так как главная задача для операционной системы в плане устройств это их правильная работа и единственным способом управления этим является управление их драйверами, то и основной функционал Диспетчера устройств связан именно с этим. Тут Вы можете просмотреть полную информацию о драйвере какого-то устройства, удалить драйвер, отключить его, установить новый, откатить драйвер и многое другое.

Что такое DirectX?

DirectX — это набор API . А API — это интерфейс программирования приложений. API содержит в себе набор уже готовых шаблонов для программирования приложений. DirectX является примером API . И создан он корпорацией Microsoft. Естественно, для своих целей. DirectX — это набор API для программирования под Windows.

В большинстве своем используется для создания и поддержки игр.

Что такое подпись драйвера?

Подпись драйвера устройства. У каждого человека есть своя подпись. И у каждого человека есть свое имя и фамилия. Такая же уникальная информация должна быть у драйверов. Драйвера, в основном, создаются самими разработчиками устройств.

И создав драйвер, они должны наделить его уникальной подписью, где указывается разработчик, информация про драйвер и так далее. Наличие подписи драйвера говорит о том, что драйвер был создан именно этим разработчиком и что в него не были внесены какие-либо изменения. А это приводит к мысли о том, что не подписанные драйвера могут быть опасными. Можете узнать больше о подписи драйверов тут.

Что такое хранилище драйверов?

Хранилище драйверов — это такая защищенная область на жестком диске компьютера, в которой сосредоточены все установленные драйвера. Так же, там могут находится драйвера устройств, которые на данный момент не используется системой. Но все они могут быть использованы в любом момент времени. Добавить драйвер в хранилище драйверов можно и вручную.

Понимание данных понятий довольно важно, чтобы понять последующие темы про оборудования и их драйвера. До встречи.

Источник: about-windows.ru