鲁京，陈曦，周祖成
深圳清华大学研究院EDA与网络应用重点实验室，518057
1 引言
无线局域网经过几年的发展，在技术上已经日渐成熟。尤其是IEEE推出802.11-1999和802.11b以来，应用也日渐广泛。无线局域网硬件实现的两大主要部分是基带处理器和MAC控制器，软件部分包括驱动网卡本身工作的嵌入式软件和网络设备驱动程序。在本文中，首先介绍了小端口驱动程序的基本要点，然后给出了基于Driver Studio开发PCMCIA接口编程I/O（Programmed IO）方式工作的无线局域网网卡NDIS（网络驱动程序接口标准），并讨论了小端口驱动程序实现过程中的若干关键技术的细节。
2 小端口驱动程序
在典型的网络中，如以太网LLC子层及其上层协议均由软件实现，MAC及其以下层协议由硬件实现。微软Windows操作系统下的网络设备驱动程序遵守NDIS规范，它在分层的网络驱动程序框架中规定了一个标准接口，从而使抽象低层次的硬件提供了高层次网络上的网络管理。因此，该规范极大简化了设备特定网络驱动程序的开发。
NDIS还用于网络驱动器的状态信息和参数的维护，包括函数的指针、句柄、链接的参数块和其他的一些系统变量。NDIS规范下的网络驱动程序分为三类：小端口驱动程序、中间驱动程序和协议驱动程序。普通网卡的驱动程序都是小端口驱动程序，它有两种基本功能：管理一个网络接口卡（NIC），包括通过NIC收、发数据；与高级驱动程序接口(如中间驱动程序和传输协议驱动程序)。一个小端口NIC驱动程序通过NDIS库和它的NIC与高层驱动程序相互通讯。NDIS库 导出一个完全的函数集合（NdisXXX函数），来装入小端口需要调用的操作系统函数。然后，小端口必须导出一套MiniportX xx函数的实体指针，可供NDIS自己使用或代替高层驱动程序访问小端口。
关于网络设备驱动程序和Windows驱动程序模型，感兴趣的读者可以参考文献[3]。
3 无线网卡驱动程序框架
标准的驱动程序都是C语言写的，Nu Mega公司却通过引入C++和封装基本的函数库简化了驱动程序的设计。
使用DriverStudio编写网络驱动程序，首先需要使用NetworkDriver Wizard生成驱动程序的框架。该框架生成两个驱动程序的基本类：一个是 wlan_drvDriver,它是KndisMiniDriver的继承类；另一个驱动程序必须且只有一个KndisMiniDriver的继承类。wlan_drvDriver的定义如下
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的唯一工作是定义DriverEntry。操作系统通过该函数得知驱动程序的入口。DriverEntry例化NetworkDriver Wizard生成的另外一个类wlan_drvAdapter，并将本驱动程序注册。
wlan_drvDriver类不用开发者干预。开发者需要关心的是另外一个类wlan_drvAdapter，它是KndisMiniAdapter的子类。
4 驱动程序的初始化
wlan_drvAdapter类的实现是整个驱动程序的主体部分，包括初始化驱动程序、发送数据、接收数据、中断处理、网卡复位等。
驱动程序在被装入操作系统后的第一步工作是进行初始化。该工作由wlan_drv Adapter::Initialize函数完成。该函数完成的工作如下：
（1）选择媒体类型。对于无线局域网为 NdisMedium802_3，而不是NdisMedium-WirelessWan。声明为 NdisMediumWirelessWan将支持各种无线媒体类型，NdisMedium802_3原本为以太网设计，这里无线局域网似乎应该声明为NdisMediumWirelessWan媒体类型，但事实并不是这样。通过查询OID_GEN_PHYSICAL_MEDIUM，协议驱动程序可以得知物理媒体为NdisPhysical-MediumWirelessLan类型。
（2）从注册表读取网卡地址。
（3）注册适配器的类型，如指定设备为 NdisInterfacePcMcia，代表网卡为PCMCIA标准的PC Card。这里需要强调的是PCMCIA接口的配置存储器和功能寄存器都是由主机自行维护的，虽然驱动程序也可以读写配置存储器和功能寄存器，但这样做会导致系统工作的不一致，除非特别需要，驱动程序无需读写配置存储器和功能寄存器。
（4）选择并注册IO端口。
（5）选择并注册中断。
（6）设定网卡所支持的包种类，如广播中的多播等。
（7）设定网卡的MAC属性，如网卡是否支持环回等。
（8）初始化网卡硬件使其进入工作状态。该工作由wlan_drvAdapter::CardInit()完成。主要是设置相应的寄存器，读取永久网卡地址等。
（9）初始化自定义变量。
5 发送数据
当需要发送数据包时，NDIS调用MiniportSend 函数,对应本设计中wlan_drvAdapter::Send函数。如果当前没有数据包正在被发送，则调用 CopyDataDown(Packet)将数据发送给NIC，否则将数据插入发送队列。当中断产生后，发现代表网卡准备好接收下一个包，此时将数据包出列。
CopyDataDown(Packet)函数与具体的网卡实现有关。
6 接收数据
由于本设计中的网卡是程控I/O的网卡，速度较慢。每次产生中断时，如果发现NIC上缓存了一个数据包需要接收，则通过NdisMEthIndicateReceive 通知给NDIS，对应于m_Lookahead.In di cate函数。如果是DMA设备，可以一次将整个数据包通知给上层，对于PIO方式的NIC，DDK建议只通知部分数据，然后让NDIS调用MiniportTransferData来读取余下的数据。当然NDIS也许对该数据不感兴趣，就不会读剩下的数据。
7 中断处理
与中断处理有关的函数包括中断服务程序 wlan_drvAdapter::Isr和延迟过程调用函数wlan_drvAdapter::HandleInterrupt。
中断服务程序Isr工作在DIRL，会抢断工作在更低中断优先级的线程，所以应该尽快退出。该程序的主要任务是判断中断当前是否是本网卡产生的，如果没有应该将*InterruptRecognized 设定为FALSE，并退出程序。如果是，则将中断处理程序HandleInterrupt插入DPC列队，以在Passive Level上进一步处理中断。
中断处理程序是真正处理中断的函数，它完成所有数据处理工作，它需要处理包括与统计信息有关的接收数据、发送数据等所有中断。
8 结论
网络设备驱动程序是无线局域网网络接口卡实现的关键部分，它与传统的以太网卡稍有不同，但网卡与主机之间数据通信的基本格式与以太线网卡是相同的。本文首先介绍了小端口驱动程序的特点，然后给出了基于DriverStudio开发PCMCIA接口程控I/O方式工作的无线局域网网卡的NDIS小端口驱动程序，其主体部分中包括驱动程序框架、驱动程序的初始化、发送和接收数据和中断处理在内的关键技术细节。本文所设计的网卡已经在原型网卡中运行，基本满足了设计要求。
摘自《半导体技术》
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