前言

windows nt是一個功能全面的操作系統(tǒng)，具有完全集成式的連網(wǎng)能力，它的網(wǎng)絡模型開始于mac子層，網(wǎng)絡接口卡（network interface card以后簡稱網(wǎng)卡或nic）驅(qū)動程序駐留在其中。通過相關(guān)的網(wǎng)卡把windows nt與網(wǎng)絡連接起來，但一直到80年代后期，許多傳輸協(xié)議的實現(xiàn)受限于mac層接口的獨特實現(xiàn)，因為mac層定義了協(xié)議與網(wǎng)卡之間的轉(zhuǎn)換機制。

1989年，microsoft和3com兩公司提出了一個定義mac層與osi模型高層協(xié)議驅(qū)動程序之間的網(wǎng)絡設備接口規(guī)范（network device interface specification : ndis），ndis給數(shù)據(jù)交換提出了一個靈活的環(huán)境，它規(guī)范了軟件接口──稱為ndis接口，傳輸協(xié)議可用它與網(wǎng)卡驅(qū)動程序進行通信。因此在windows nt環(huán)境下開發(fā)核心態(tài)網(wǎng)卡驅(qū)動程序應遵循ndis規(guī)范。

對于高速網(wǎng)絡fddi（fiber distributed data interface）網(wǎng)卡驅(qū)動程序還需要smt（station management）站管理功能的實現(xiàn)，否則將不能作為一個fddi站連入環(huán)結(jié)構(gòu)中，只能實現(xiàn)點到點間的數(shù)據(jù)通信。故有必要將smt軟件移植到網(wǎng)卡驅(qū)動程序中，這將又導致對miniport nic驅(qū)動程序編程框架的破壞，于是有必要形成fddi網(wǎng)卡驅(qū)動程序（包含smt）與windows nt操作系統(tǒng)的良好接口──由邏輯網(wǎng)卡的注冊和mac層驅(qū)動程序的初始化來完成。

所以，本課題旨在深入研究應用microsoft公司的ddk（device driver kit）將smt移植于windows nt的fddi網(wǎng)卡驅(qū)動程序過程中如何注冊miniport nic驅(qū)動程序。即怎樣正確注冊邏輯網(wǎng)卡和mac驅(qū)動程序的初始化。著重討論與初始化相關(guān)的上邊緣函數(shù)的使用和調(diào)用關(guān)系以及初始化過程中遇到的各種問題的具體解決。

第一章windows nt環(huán)境下fddi網(wǎng)卡驅(qū)動程序

總體結(jié)構(gòu)介紹

第一節(jié)windows nt網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)

§1.1.1 windows nt網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)

windows nt的網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)是基于國際標準化（iso）制定的標準模型──開放式系統(tǒng)互連（open system interconnection：osi）參考模型分層建立的，這種方式有利于隨時擴展其它功能和服務。

windows nt網(wǎng)絡模型開始于mac子層，網(wǎng)卡驅(qū)動程序就駐留在其中。它通過相關(guān)的網(wǎng)卡把windows nt與網(wǎng)絡連接起來，圖中的多個網(wǎng)卡表明在一臺運行windows nt的計算機上能使用多種網(wǎng)卡。

這一網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)包括兩個重要接口──ndis接口與傳輸驅(qū)動

程序接口（tdi）。這兩個接口把兩個層隔離開來，辦法是相鄰的部件只允許按單一的標準來寫，不允許多重標準。例如一個網(wǎng)卡驅(qū)動程序（在ndis接口的下面）就不需要特地按每個傳輸協(xié)議來寫它的代碼塊，恰恰相反，該驅(qū)動程序是寫給ndis接口的，它通過符合ndis的相應傳輸協(xié)議來請求服務。這些接口包含在windows nt的網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)中，以容納可移植、可互換的模塊。

在兩個接口之間，是傳輸協(xié)議。它在網(wǎng)絡中起著組織者的作用。一個傳輸協(xié)議規(guī)定了數(shù)據(jù)以何種方式呈遞給下一個接收層，以及如何對數(shù)據(jù)相應地進行打包。它通過ndis把數(shù)據(jù)傳給網(wǎng)卡驅(qū)動程序，并通過tdi把數(shù)據(jù)傳給轉(zhuǎn)發(fā)程序（redirector）

tdi之上是轉(zhuǎn)發(fā)程序，它把本地的網(wǎng)絡資源申請轉(zhuǎn)送給網(wǎng)絡。

為了能和其他廠商的網(wǎng)絡互連，windows nt允許有多個轉(zhuǎn)發(fā)程序。對于每一個轉(zhuǎn)發(fā)程序windows nt計算機必須也有一個相應的供應者（provider）(由網(wǎng)絡廠商提供)。多供應者路由選擇程序決定適當?shù)墓撸缓蠼柚诠撸瑢谜埱蟮较鄳霓D(zhuǎn)發(fā)程序做出選擇。

§1.1.2 windows nt網(wǎng)絡驅(qū)動程序

windows nt支持兩種類型的網(wǎng)絡驅(qū)動程序

傳輸驅(qū)動程序

實現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路層中的邏輯鏈路控制子層協(xié)議和傳輸層協(xié)議。向 下與ndis接口，向上與tdi接口。

網(wǎng)卡驅(qū)動程序

實現(xiàn)對物理層的管理和數(shù)據(jù)鏈路層中介質(zhì)訪問控制子層協(xié)議，通過ndis向下管理物理網(wǎng)卡，向上與傳輸驅(qū)動程序通信。

§1.1.3 windows nt網(wǎng)卡驅(qū)動程序

windows nt環(huán)境下的網(wǎng)卡驅(qū)動程序也分為兩種：

miniport網(wǎng)卡驅(qū)動程序：miniport驅(qū)動程序只須實現(xiàn)與網(wǎng)絡硬件相關(guān)的操作（包括發(fā)送和接收）。而所有底層網(wǎng)卡驅(qū)動程序的通用操作（如同步），一般由ndis接口程序來實現(xiàn)。

full網(wǎng)卡驅(qū)動程序：full網(wǎng)卡驅(qū)動程序必須實現(xiàn)所有硬件相關(guān)和同步、排隊等操作。例如full網(wǎng)卡驅(qū)動程序為了響應數(shù)據(jù)接收，需要保持本身的捆綁信息，而miniport就可以由ndis接口庫來實現(xiàn)。

在windows nt的早期版本中，full網(wǎng)卡驅(qū)動程序要求開發(fā)者實現(xiàn)許多底層操作，來處理多處理器的核心問題以及處理器、線程的同步，這樣不同的開發(fā)者在大量重復著許多相同的工作。

而miniport網(wǎng)卡驅(qū)動程序允許開發(fā)者僅僅寫一些與網(wǎng)絡硬件相關(guān)的代碼即可，而那些通用的函數(shù)由ndis接口庫來實現(xiàn)，這樣開發(fā)出來的驅(qū)動程序減少了不必要的工作。

第二節(jié)miniport驅(qū)動程序的結(jié)構(gòu)

ndis接口規(guī)范了網(wǎng)卡驅(qū)動程序的實現(xiàn)，同時也對tdi驅(qū)動程序的實現(xiàn)提出了一定的要求，在nt中，ndis約束下的網(wǎng)卡驅(qū)動程序、tdi驅(qū)動程序和系統(tǒng)的關(guān)系如下圖所示：

圖2.0 ndis約束下的網(wǎng)卡驅(qū)動程序、tdi驅(qū)動程序和系統(tǒng)的關(guān)系

miniport驅(qū)動程序包括驅(qū)動程序?qū)ο蟆Ⅱ?qū)動程序源代碼和ndis接口庫代碼。windows nt ddk提供ndis.h作為miniport驅(qū)動程序的主要頭文件，定義了miniport驅(qū)動程序的入口點、ndis接口庫函數(shù)和通用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

上邊緣函數(shù)的作用是網(wǎng)卡驅(qū)動與ndis接口庫進行通信，而下邊緣函數(shù)是tdi協(xié)議驅(qū)動程序與ndis通信的手段。

§1.2.1 miniport網(wǎng)卡對象

ndis用一個叫做邏輯網(wǎng)卡的軟件對象來描述系統(tǒng)中的每塊網(wǎng)卡，而邏輯網(wǎng)卡與windows nt設備對象的通信由i/o子系統(tǒng)來管理，描述網(wǎng)卡的設備對象包括相關(guān)的網(wǎng)絡信息如名字、網(wǎng)絡地址和網(wǎng)卡內(nèi)存基地址等，它還包含與硬件相關(guān)的驅(qū)動程序狀態(tài)數(shù)據(jù)（捆綁數(shù)目，捆綁句柄，包過濾數(shù)據(jù)庫等）。ndis分配一個句柄到miniportinitialize這個上邊緣函數(shù)的一個結(jié)構(gòu)中，然后miniport網(wǎng)卡驅(qū)動程序?qū)⒃谝院筇峁┻@個句柄來給ndis調(diào)用，這個結(jié)構(gòu)一直被ndis保持，并且對miniport驅(qū)動程序不透明。

當miniport網(wǎng)卡驅(qū)動程序初始化一塊網(wǎng)卡時，它創(chuàng)立自己的內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來描述網(wǎng)卡，記錄需要它管理的與設備相關(guān)的狀態(tài)信息。當miniport網(wǎng)卡驅(qū)動程序調(diào)用ndismsetatttibutes或ndismsetattributesex兩ndis庫函數(shù)時，它傳遞一個句柄給這數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。這樣，當調(diào)用miniport驅(qū)動程序入口點時，它就傳遞這個句柄來驗證驅(qū)動程序所對應的網(wǎng)卡的正確性。這個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為miniport網(wǎng)卡驅(qū)動程序所擁有并維護。

§1.2.2網(wǎng)絡對象標識符

miniport nic驅(qū)動程序還需要維護一組對象，這些對象是系統(tǒng)定義的對象標識符（object idetifier：oid）來標識，以描述驅(qū)動程序的性能和當前狀態(tài)信息。為查詢這些信息，上層驅(qū)動程序調(diào)用ndisrequest向ndis接口庫指示oid。oid表示了調(diào)用所需的信息類型，如miniport驅(qū)動程序所支持的lookahead緩沖區(qū)大小等。ndis接到上層驅(qū)動程序的查詢請求，將oid傳遞給上邊緣函數(shù)miniportqueryinformation實現(xiàn)對oid的查詢，如果上層驅(qū)動程序請求改變狀態(tài)信息則調(diào)用miniportsetinformation實現(xiàn)對oid的設置。

§1.2.3 miniport網(wǎng)卡驅(qū)動程序代碼

典型的miniport nic驅(qū)動程序必須有一些函數(shù)來通過ndis接口實現(xiàn)上層驅(qū)動程序與硬件的通信。這些函數(shù)稱為上邊緣服務函數(shù)。

這些上邊緣服務函數(shù)由驅(qū)動程序的開發(fā)者根據(jù)驅(qū)動程序面向的特定低層網(wǎng)絡類型和硬件以及相應環(huán)境，可以有選擇地實現(xiàn)，但必須保證驅(qū)動程序最基本的功能，這些基本功能包括初始化、發(fā)送、中斷處理、重置、參數(shù)查詢與設置和報文接收。

miniportinitialize：操作系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)配置信息，檢測出網(wǎng)卡已安裝時，由ndis接口在初始化時調(diào)用，主要完成低層網(wǎng)絡類型確定，對應于物理網(wǎng)卡的邏輯網(wǎng)卡初始化，中斷信息注冊，網(wǎng)卡與主機通訊方式的確認。i/o端口的申請與注冊，內(nèi)存映像，mib的初始化，物理網(wǎng)卡的驗證與初始化等。

miniportreconfigure：支持網(wǎng)卡參數(shù)動態(tài)變化，和miniportinitilize一樣由ndis接口以初始化級別調(diào)度執(zhí)行（不能屏蔽中斷，必須由驅(qū)動程序承認并清除在此期間產(chǎn)生的中斷），支持即插即用和軟配置的網(wǎng)卡在動態(tài)改變參數(shù)時，必須提供此函數(shù)。

miniportqueryinformation：查詢網(wǎng)卡的狀態(tài)以及網(wǎng)卡驅(qū)動程序的操作或統(tǒng)計參數(shù)，如是否支持組通訊、網(wǎng)卡的物理速率是否支持回環(huán)、是否支持直接拷貝等，這些參數(shù)以oid方式統(tǒng)一管理。

miniportsetinformation：ndis接口或協(xié)議驅(qū)動程序通過調(diào)用此接口改變驅(qū)動程序維護的oid庫，一些操作參數(shù)的改變也將同時改變驅(qū)動程序狀態(tài)，例如組地址的設置。

miniportreset：包括網(wǎng)卡硬件重置和驅(qū)動程序軟件重置，軟件重置包括驅(qū)動程序狀態(tài)重置，以及一些相關(guān)的參數(shù)重置，還需考慮有些參數(shù)的恢復，重置時不必完成所有正在活躍的外部請求，但必須釋放已占用的外部資源。

miniporthalt：掛起網(wǎng)卡并釋放該網(wǎng)卡驅(qū)動程序占用的所有資源，在此期間不屏蔽中斷。

miniportisr：高優(yōu)先級的中斷處理程序，進行的工作包括初始中斷處理類型，決定是否進行中斷轉(zhuǎn)交，對卡上中斷進行處理 等，該服務類型只在以下情況被調(diào)用：

ndis接口調(diào)用miniportinitialize和miniporthalt兩函數(shù)時。

．中斷處理類型設為每此中斷處理過程都調(diào)用時。

為使系統(tǒng)能及時響應所有硬件中斷，高優(yōu)先級的硬件中斷處理程序應盡可能的減少運行時間，防止長時間的屏蔽低優(yōu)先級中斷，避免造程中斷丟失。

miniporthandleinterrupt：由中斷延時處理程序在中斷延時處理時進行調(diào)用。ndis排隊所有的延時處理，該服務主要處理發(fā)送完成、報文接收、描述符用盡、溢出、網(wǎng)卡異常等中斷。

miniportsend：ndis收到上層發(fā)送請求時經(jīng)過若干協(xié)議處理再向下調(diào)用此服務過程，發(fā)送的packet已含有l(wèi)lc和mac頭，該服務過程進行邊界對齊、packet約束重整、描述符映射和報文發(fā)送、以及發(fā)送資源和packet緩沖隊列管理。

miniporttransferdata：多個已和網(wǎng)卡捆綁的協(xié)議驅(qū)動程序在接收到報文到達指示后，向網(wǎng)卡驅(qū)動程序發(fā)出傳送請求以拷貝各自所需的報文數(shù)據(jù)部分，網(wǎng)卡驅(qū)動程序根據(jù)各協(xié)議驅(qū)動程序?qū)蝹€packet是否進行多次拷貝，以決定是否暫存只允許單次拷貝的packet等。

miniportcheckhandle：ndis每秒調(diào)用此服務函數(shù)一次，驅(qū)動程序發(fā)現(xiàn)網(wǎng)卡異常時報告給ndis由ndis調(diào)用miniportreset進行硬件重恢復。

miniportenableintrrupt：中斷使能。

miniportdisableinterrupt：中斷屏蔽。

另外，每個網(wǎng)卡驅(qū)動程序必須有一個初始化入口點，由driver entry函數(shù)實現(xiàn)，它和系統(tǒng)相關(guān)，由操作系統(tǒng)在裝入驅(qū)動程序時調(diào)用，主要完成初始化ndis wrapper，再由wrapper初始生成驅(qū)動程序管理塊并完成相應各種初始化工作，登錄網(wǎng)卡驅(qū)動程序所有上邊緣服務入口點，同時寫入ndis版本信息。

§1.2.4 ndis接口庫

ndis接口庫包括在ndis.sys中，它是一個核態(tài)函數(shù)庫，有一套抽象的函數(shù)，無論協(xié)議驅(qū)動程序還是nic驅(qū)動程序都連接到這個庫中，以實現(xiàn)上下層之間的操作。

第二章fddi網(wǎng)卡驅(qū)動程序的加載和運行

第一節(jié) 網(wǎng)卡驅(qū)動程序的安裝

windows nt網(wǎng)卡驅(qū)動程序安裝的目的是實現(xiàn)網(wǎng)卡相應硬件信息和驅(qū)動程序在windows nt注冊庫中的注冊，使windows nt能夠正確識別網(wǎng)卡，了解所必需的軟硬件信息并能在windows nt啟動時加載相應驅(qū)動程序。

網(wǎng)卡驅(qū)動程序安裝時，首先在主群組的控制面板中選擇“網(wǎng)絡”，然后添加網(wǎng)卡，指定相應信息文件──oemsetup.inf的路徑，以完成以下兩個必要的操作：

復制驅(qū)動程序到相應的系統(tǒng)目錄（windows nt根目錄\system32\drivers\）中；

在windows nt注冊庫中存入相應軟硬件信息。

下面主要以fddi網(wǎng)卡為例介紹安裝驅(qū)動程序所必需的工作：

§2.1.1網(wǎng)卡一般硬件參數(shù)

對于fddi網(wǎng)卡，必須在編寫其oemsetup.inf文件時確定以下硬件參數(shù)：

總線類型：pci(5)……括號中的數(shù)字5表示pci總線在ndis中的總線類型代碼；

廠商代號：0x5588……系統(tǒng)加載時確定網(wǎng)卡的標記，也是編程時確定pci槽號的標識；

cfid: 0x01;

介質(zhì)類型：光纖(3) ……括號中的數(shù)字表示光纖在ndis中的介質(zhì)類型代碼；

是否支持全雙工：支持。

對于其它的硬件信息在此inf配置信息文件中可有可無，如若配置，則可在驅(qū)動程序的編寫時利用這些信息，方便編程，同時有利于其它應用對其參數(shù)的確定和使用。

§2.1.2 fddi網(wǎng)卡加載時需在注冊庫登錄表里做的網(wǎng)絡配置

網(wǎng)卡驅(qū)動程序的安裝通常將創(chuàng)建登錄表中的四個不同子鍵：

software registrion鍵，對應于驅(qū)動程序，存在于hkey_local_machine\software\company\ productname\version中。我們的fddi網(wǎng)卡驅(qū)動程序所對應的是hkey_local_machine\software\net612\yhfddi\yhfddi1.0;

網(wǎng)卡的軟件登錄鍵，存在于hkey_local_machine\software\microsoft\ windows nt\nt3.51\networkcards\yhfddi1;

驅(qū)動程序的服務登錄鍵，存在于hkey_local_machine\system\currentcontrolset\services

網(wǎng)卡的服務登錄鍵，存在于hkey_local_machine\system\currentcontrolset\services

對于每一個網(wǎng)絡部件，一個名為netrules的特殊子鍵在鄰近的驅(qū)動程序或網(wǎng)卡登錄子鍵里創(chuàng)建，netrules標識網(wǎng)絡部件為網(wǎng)絡整體的一部分。

fddi網(wǎng)卡驅(qū)動程序?qū)臉藴受浖卿洷眄棇⒊霈F(xiàn)在以下路徑：

hkey_local_machine\software\net612\yhfddi\yhfddi1.0;

驅(qū)動程序?qū)臉藴薯椀闹禐椋?/p>

description =yhfddi/pci adapter controller

install date =……

……

refcount =0x01

servicename =yhfddi

softwaretype =driver

title =yhfddi/pci adapter controller

而且在yhfddi驅(qū)動程序相關(guān)的netrules子鍵下，這些值項為：

bindable =yhfddi driver yhfddi adapter non exclusiver

bindform =“yhfddisys”yes no container

class = reg_multi_sz “yhfddi driver basic”

infname =oemnad1.inf

type =yhfddisys ndisdriver yhfddidriver

use =driver

yhfddi網(wǎng)卡在如下路徑的networkcards子鍵里介紹：

hkey_local_machine\software\microsoft\

windows nt\nt3.51\networkcards\yhfddi1;

網(wǎng)卡的標準項包括以下這些值：

description =yhfddi/pci adapter controller

install date =……

manufacturer =net612

productname =yhfddi

servicename =yhfddi01

title =[01]yhfddi/pci adapter controller

§2.1.3編寫inf信息配置文件

gui inf描述語言被windows nt用以書寫系統(tǒng)所有部件的配置文件，當然也可以用以書寫網(wǎng)絡系統(tǒng)各部件的配置文件，該配置文件描述了網(wǎng)絡部件安裝、配置、刪除的執(zhí)行過程。當網(wǎng)絡部件進行初始安裝或二次安裝（通常通過ncpa進行）時，安裝程序讀取部件對應的配置文件，進行解釋執(zhí)行。gui inf描述語言由節(jié)、命令、邏輯操作、變量規(guī)范、流程控制以及一套調(diào)用dll或外部程序的機制組成，其中，節(jié)是配置文件的主體，節(jié)可分為install節(jié)（類似于函數(shù)），shell節(jié)（也類似于函數(shù)，但可調(diào)用insall和shell節(jié)），detect節(jié)（不包含命令），一個配置文件一般由若干不同類型的節(jié)組成。驅(qū)動程序的開發(fā)者根據(jù)需要可以在配置文件中編寫相應代碼，使得用戶和系統(tǒng)之間能進行交互，并且由用戶決定一些配置參數(shù)。

nt網(wǎng)卡配置文件有其一套規(guī)范，驅(qū)動程序開發(fā)者必須按規(guī)范編寫配置文件，一般來說，一個配置文件至少應該提供下面三個節(jié)：

安裝入口點：[identify]shell節(jié)。該節(jié)主要功能是給出安裝部件的類型名，系統(tǒng)通過它識別該部件屬于哪一大類（display，mouse，scsi，network等）中的哪一類（網(wǎng)絡adapter，driver，transport，service，network和netprovidor），同時，還需要給出映像文件和配置文件所在的源介質(zhì)及標識。

[returnoption]shell節(jié)。系統(tǒng)執(zhí)行安裝identify節(jié)后，執(zhí)行該節(jié)。它主要功能是檢查所需安裝的部件是否支持的硬件平臺和語言，并給出網(wǎng)卡名（有些配置文件支持多類網(wǎng)卡，此時必須讓用戶進行選擇，并獲得選擇結(jié)果）。

[installoption]shell節(jié)。該節(jié)是配置文件得主體，也是上次安裝完后再次進行配置、刪除、更新的入口點。主要功能是拷貝映像文件和配置文件，生成配置的各種選項，創(chuàng)建該部件在注冊庫中對應的各種登錄子樹并更新重寫。

第二節(jié) 驅(qū)動程序的加載過程

§2.2.1 windows nt的啟動過程

第一階段：調(diào)入裝入程序。和硬件平臺相關(guān)，x86機器首先由rom裝入根扇區(qū)，再由根扇區(qū)裝入ntldr；

第二階段：硬件檢測。x86機器調(diào)ntdetect程序最大限度地獲取各種硬件設備信息，引導hal及基本卷設備驅(qū)動程序，以便引導nt內(nèi)核；