無線局域網 NDIS 小端口驅動實現

2019-11-05 02:36:34

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　　1 引言
　　無線局域網經過幾年的發展，在技術上已經日漸成熟。尤其是IEEE推出802.11-1999和802.11b以來，應用也日漸廣泛。無線局域網硬件實現的兩大主要部分是基帶處理器和MAC控制器，軟件部分包括驅動網卡本身工作的嵌入式軟件和網絡設備驅動程序。在本文中，首先介紹了小端口驅動程序的基本要點，然后給出了基于Driver Studio開發PCMCIA接口編程I/O（PRogrammed IO）方式工作的無線局域網網卡NDIS（網絡驅動程序接口標準），并討論了小端口驅動程序實現過程中的若干要害技術的細節。
　　
　　2 小端口驅動程序
　　在典型的網絡中，如以太網LLC子層及其上層協議均由軟件實現，MAC及其以下層協議由硬件實現。微軟Windows操作系統下的網絡設備驅動程序遵守NDIS規范，它在分層的網絡驅動程序框架中規定了一個標準接口，從而使抽象低層次的硬件提供了高層次網絡上的網絡治理。因此，該規范極大簡化了設備特定網絡驅動程序的開發。
　　
　　NDIS還用于網絡驅動器的狀態信息和參數的維護，包括函數的指針、句柄、鏈接的參數塊和其他的一些系統變量。NDIS規范下的網絡驅動程序分為三類：小端口驅動程序、中間驅動程序和協議驅動程序。普通網卡的驅動程序都是小端口驅動程序，它有兩種基本功能：治理一個網絡接口卡（NIC），包括通過NIC收、發數據；與高級驅動程序接口(如中間驅動程序和傳輸協議驅動程序)。一個小端口NIC驅動程序通過NDIS庫和它的NIC與高層驅動程序相互通訊。NDIS庫導出一個完全的函數集合（NdisXXX函數），來裝入小端口需要調用的操作系統函數。然后，小端口必須導出一套MiniportX xx函數的實體指針，可供NDIS自己使用或代替高層驅動程序訪問小端口。
　　
　　關于網絡設備驅動程序和Windows驅動程序模型，感愛好的讀者可以參考文獻[3]。
　　
　　3 無線網卡驅動程序框架
　　標準的驅動程序都是C語言寫的，Nu Mega公司卻通過引入C++和封裝基本的函數庫簡化了驅動程序的設計。
　　
　　使用DriverStudio編寫網絡驅動程序，首先需要使用NetworkDriver Wizard生成驅動程序的框架。該框架生成兩個驅動程序的基本類：一個是 wlan_drvDriver,它是KndisMiniDriver的繼續類；另一個驅動程序必須且只有一個KndisMiniDriver的繼續類。wlan_drvDriver的定義如下
　　
　　class wlan_drvDriver : protected
　　
　　KNdisMiniDriver
　　
　　{
　　
　　protected:
　　
　　// must implement the entry point
　　
　　NTSTATUS DriverEntry(IN PVOID RegistryPath);
　　
　　};
　　
　　NTSTATUS wlan_drvDriver::DriverEntry(IN PVOID)
　　
　　{
　　
　　TRACE("wlan_drvDriver::DriverEntry Com piled at " __TIME__ " on " __DATE__ "/n");
　　
　　KNDIS_MINIPORT_CHARACTERISTICS Chars;
　　
　　return Chars.Register(*this);
　　
　　}
　　
　　wlan_drvDriver的唯一工作是定義DriverEntry。操作系統通過該函數得知驅動程序的入口。DriverEntry例化NetworkDriver Wizard生成的另外一個類wlan_drvAdapter，并將本驅動程序注冊。
　　
　　wlan_drvDriver類不用開發者干預。開發者需要關心的是另外一個類wlan_drvAdapter，它是KndisMiniAdapter的子類。
　　
　　4 驅動程序的初始化
　　wlan_drvAdapter類的實現是整個驅動程序的主體部分，包括初始化驅動程序、發送數據、接收數據、中斷處理、網卡復位等。
　　
　　驅動程序在被裝入操作系統后的第一步工作是進行初始化。該工作由wlan_drv Adapter::Initialize函數完成。該函數完成的工作如下：
　　
　　（1）選擇媒體類型。對于無線局域網為 NdisMedium802_3，而不是NdisMedium-WirelessWan。聲明為 NdisMediumWirelessWan將支持各種無線媒體類型，NdisMedium802_3原本為以太網設計，這里無線局域網似乎應該聲明為NdisMediumWirelessWan媒體類型，但事實并不是這樣。通過查詢OID_GEN_PHYSICAL_MEDIUM，協議驅動程序可以得知物理媒體為NdisPhysical-MediumWirelessLan類型。
　　
　　（2）從注冊表讀取網卡地址。
　　
　　（3）注冊適配器的類型，如指定設備為 NdisInterfacePcMcia，代表網卡為PCMCIA標準的PC Card。這里需要強調的是PCMCIA接口的配置存儲器和功能寄存器都是由主機自行維護的，雖然驅動程序也可以讀寫配置存儲器和功能寄存器，但這樣做會導致系統工作的不一致，除非非凡需要，驅動程序無需讀寫配置存儲器和功能寄存器。
　　
　　（4）選擇并注冊IO端口。
　　
　　（5）選擇并注冊中斷。
　　
　　（6）設定網卡所支持的包種類，如廣播中的多播等。
　　
　　（7）設定網卡的MAC屬性，如網卡是否支持環回等。
　　
　　（8）初始化網卡硬件使其進入工作狀態。該工作由wlan_drvAdapter::CardInit()完成。主要是設置相應的寄存器，讀取永久網卡地址等。
　　
　　（9）初始化自定義變量。
　　
　　5 發送數據
　　當需要發送數據包時，NDIS調用MiniportSend 函數,對應本設計中wlan_drvAdapter::Send函數。假如當前沒有數據包正在被發送，則調用 CopyDataDown(Packet)將數據發送給NIC，否則將數據插入發送隊列。當中斷產生后，發現代表網卡預備好接收下一個包，此時將數據包出列。
　　
　　CopyDataDown(Packet)函數與具體的網卡實現有關。
　　
　　6 接收數據
　　由于本設計中的網卡是程控I/O的網卡，速度較慢。每次產生中斷時，假如發現NIC上緩存了一個數據包需要接收，則通過NdisMEthIndicateReceive 通知給NDIS，對應于m_Lookahead.In di cate函數。假如是DMA設備，可以一次將整個數據包通知給上層，對于PIO方式的NIC，DDK建議只通知部分數據，然后讓NDIS調用MiniportTransferData來讀取余下的數據。當然NDIS也許對該數據不感愛好，就不會讀剩下的數據。
　　
　　7 中斷處理
　　與中斷處理有關的函數包括中斷服務程序 wlan_drvAdapter::Isr和延遲過程調用函數wlan_drvAdapter::HandleInterrupt。
　　
　　中斷服務程序Isr工作在DIRL，會搶斷工作在更低中斷優先級的線程，所以應該盡快退出。該程序的主要任務是判定中斷當前是否是本網卡產生的，假如沒有應該將*InterruptRecognized 設定為FALSE，并退出程序。假如是，則將中斷處理程序HandleInterrupt插入DPC列隊，以在Passive Level上進一步處理中斷。
　　
　　中斷處理程序是真正處理中斷的函數，它完成所有數據處理工作，它需要處理包括與統計信息有關的接收數據、發送數據等所有中斷。
　　
　　8 結論
　　網絡設備驅動程序是無線局域網網絡接口卡實現的要害部分，它與傳統的以太網卡稍有不同，但網卡與主機之間數據通信的基本格式與以太線網卡是相同的。本文首先介紹了小端口驅動程序的特點，然后給出了基于DriverStudio開發PCMCIA接口程控I/O方式工作的無線局域網網卡的NDIS小端口驅動程序，其主體部分中包括驅動程序框架、驅動程序的初始化、發送和接收數據和中斷處理在內的要害技術細節。本文所設計的網卡已經在原型網卡中運行，基本滿足了設計要求。

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