WDF USB驱动开发指南（中文最佳，驱网原创）

### WDF USB驱动开发指南知识点总结 #### 一、WDF简介 **WDF的特点** - **WDM兼容性**：WDF（Windows Driver Frameworks）的设计初衷之一就是确保与WDM（Windows Driver Model）兼容，这意味着开发者可以轻松地在WDF和传统的WDM驱动模型之间切换。这一特性极大地降低了学习成本，使开发者能够更快速地适应新技术。 - **向后兼容**：考虑到不同版本的Windows操作系统，WDF设计时考虑到了向后兼容性。这意味着开发者可以在Windows XP甚至是Windows 2000这样的旧操作系统上编写WDF驱动程序，从而避免了因操作系统版本不同而产生的兼容性问题。 - **封装和简化**：WDF通过将所有组件封装成对象来简化驱动程序的编写过程。它采用事件(Event)和回调(Callback)机制来处理各种操作，这种封装方式使得开发者无需直接处理复杂的IRP（I/O Request Packet），而是通过更简单的WDFREQUEST对象来进行交互。 **I/O与队列** - 在WDF中，所有的I/O请求都被封装成了`WDFREQUEST`对象，这样开发者就可以专注于处理这些请求对象而不是底层的IRP。这种方法简化了I/O请求的处理流程，使得开发者可以更加关注于业务逻辑而非底层细节。 - WDF还提供了一种高效的方式来管理I/O请求队列，通过使用预定义的队列策略，如`WDF_IO_QUEUE_TYPE_BROADCAST`或`WDF_IO_QUEUE_TYPE_FIFO`等，开发者可以根据实际需求选择合适的队列类型来优化性能。 **兼容性** - WDF支持多种类型的驱动程序，包括KMDF（Kernel-mode Driver Framework）和UMDF（User-mode Driver Framework）。KMDF适用于运行在内核模式下的驱动程序，而UMDF则适用于运行在用户模式下的驱动程序。 - 对于驱动程序开发者来说，这意味着他们可以选择最适合他们应用场景的框架，同时还可以利用WDF提供的跨平台支持，确保他们的驱动程序可以在多个版本的Windows操作系统上正常工作。 **PNP和电源管理** - WDF提供了一套完整的插拔（Plug and Play, PnP）和电源管理（Power Management, PM）解决方案。这意味着开发者无需从零开始实现这些功能，而是可以直接使用WDF提供的API来处理设备的插入、移除以及电源状态的改变等操作。 #### 二、USB设备硬件结构 **主从结构** - USB设备通常采用主从结构，其中主机负责发起通信，而设备则响应主机的请求。这种结构简化了设备之间的通信逻辑，同时也使得主机能够更容易地管理和控制连接的设备。 **硬件拓扑** - USB设备的硬件拓扑通常由一个主机控制器和多个USB设备组成。主机控制器负责与USB总线进行通信，并管理连接到总线上的所有设备。USB总线支持级联结构，即一个设备可以连接另一个设备，形成树状拓扑结构。 **USB中断** - USB设备可以通过中断端口来发送异步通知给主机。这些中断通常用于报告设备的状态变化或者传输小量的数据包。WDF提供了一系列API来帮助开发者处理USB中断，包括注册中断处理函数等。 #### 三、USB软件结构 **总线驱动** - 总线驱动负责处理与特定总线类型相关的任务，例如USB总线驱动就需要处理USB设备的发现、配置以及管理等操作。总线驱动通常是操作系统的一部分，为上层驱动程序提供必要的服务和支持。 **系统类驱动** - 系统类驱动主要用于处理特定类型设备的通用功能，比如USB存储设备的系统类驱动会提供基本的读写操作。系统类驱动通常位于总线驱动之上，为功能驱动提供支持。 **功能驱动** - 功能驱动是针对特定设备的功能实现部分。它负责处理设备特有的功能，例如一个USB摄像头的功能驱动就需要处理视频捕获等功能。功能驱动位于系统类驱动之上，与具体的设备紧密相关。 **父驱动与混合设备** - 对于包含多个功能的混合设备，通常会使用一个父驱动来管理所有相关的功能驱动。父驱动负责协调各功能驱动之间的交互，并对外提供统一的接口。 **过滤驱动** - 过滤驱动位于功能驱动之上，用于添加额外的功能或增强现有功能。过滤驱动可以对I/O请求进行拦截、修改或转发，从而扩展或改进功能驱动的行为。 **USB驱动栈、设备栈** - USB驱动栈是由多个驱动程序组成的层次结构，用于处理USB设备的通信。最底层的是USB总线驱动，它负责与硬件直接交互；上层则是系统类驱动和功能驱动，它们处理更高层次的设备功能和服务。设备栈则是指处理单个USB设备的所有驱动程序集合。 #### 四、内核开发 **设备驱动** - 设备驱动是与硬件直接交互的部分，负责处理来自上层驱动的请求，并将这些请求转换为具体的硬件操作。在WDF中，设备驱动通常是由一组回调函数和框架对象组成的。 **入口函数** - 入口函数是驱动程序加载到操作系统时调用的第一个函数。它是驱动程序与操作系统交互的起点，通常用于初始化驱动程序的内部状态和设置回调函数等。 **USB描述符** - USB描述符是一组结构化的数据，用于描述USB设备的能力和配置信息。WDF提供了函数来读取这些描述符，从而帮助开发者理解设备的特性和配置。 **初始化** - 初始化是设备驱动的重要组成部分，它负责设置设备的基本属性、创建设备对象、命名设备等。WDF提供了一系列API来简化初始化过程。 **启动设备** - 启动设备通常涉及配置设备的接口和端点、设置电源策略等操作。WDF提供了API来帮助开发者完成这些步骤。 **停止设备/反初始化** - 当设备不再需要时，驱动程序需要执行相应的反初始化操作，例如释放资源、清理设备对象等。这部分操作对于确保系统的稳定性和资源的有效回收非常重要。 **数据I/O操作** - 数据I/O操作是设备驱动的核心部分，涉及到读取、写入数据以及处理中断等。WDF提供了一套完整的API来简化这些操作，包括构造控制命令、读取中断端口等。 **设备控制** - 设备控制涉及对设备状态的管理，包括获取USB版本、管道重置、设备重置等操作。这些操作对于确保设备的正常运行至关重要。 #### 五、驱动验证-WDFVerifier - WDFVerifier是用于检测WDF驱动程序错误的工具。它可以检测常见的编程错误，并帮助开发者调试和修复这些问题。使用WDFVerifier可以帮助提高驱动程序的质量和稳定性。 #### 六、用户程序 - 用户程序是与设备驱动交互的应用程序。它们通过内核提供的接口来访问设备功能。WDF提供了一系列API来帮助用户程序与设备驱动进行通信，包括读写操作、控制命令等。 通过以上知识点的总结，我们可以看到WDF为USB驱动开发提供了一个强大且灵活的框架，它不仅简化了许多复杂的过程，还提供了丰富的工具和API来支持各种USB设备的开发。对于希望深入学习USB驱动开发的工程师来说，《WDFUSB设备驱动开发指南》是一本不可或缺的参考资料。