📄 jiurl键盘驱动 3.htm
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<P align=center><FONT face=宋体>JIURL键盘驱动 3</FONT></P></TD></TR></CENTER>
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<P align=center><FONT face=宋体>作者: <A
href="mailto:jiurl@mail.china.com">JIURL</A> </FONT></P></TD></TR>
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主页: <A href="http://jiurl.yeah.net/">http://jiurl.yeah.net/</A>
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<P align=center><FONT face=宋体> 日期: 2003-12-13</FONT>
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<P><B>4 编译与调试环境简介</B><BR><BR>4.1 源码<BR><BR>
ps/2键盘驱动的设备栈有3层，最底层设备对象的驱动是 acpi，中间层设备对象的驱动是 i8042prt，最高层设备对象的驱动是
kbdclass。<BR><BR> DDK 所附的源码中有 i8042prt 和 kbdclass
的源码，分别位于 ...\NTDDK\src\input\pnpi8042 ，...\NTDDK\src\input\kbdclass
。<BR><BR> 注意，在目前DDK所附的源码中没有 acpi 的源码，不过 acpi
对于键盘驱动几乎没有起什么作用。在DDK中可以找到一个叫acpi的目录，但那个下面并不是acpi.sys的源码，而是acpiec.sys的源码，没有用处。<BR><BR>4.2
关闭文件保护替换系统中的驱动<BR><BR> 我们要用我们自己编译的 debug 版本的
i8042prt.sys 和 kbdclass.sys 替换在 ...\WINNT\system32\drivers
下系统原来的这两个sys文件。<BR><BR>不过由于有文件保护，我们替换之后，系统会立刻自动替换会原来的。因此我们关闭了win2k的文件保护。<BR><BR>替换驱动文件还有其他的方法，不过在这里关闭文件保护，直接替换驱动文件，对我们最合适。<BR><BR>4.3
改动源码以产生调试信息<BR><BR>
为了得到调试信息，我们修改了少量的源码。修改很多地方可能都可以达到这个目的。这里介绍的只是一种方法。<BR><BR>4.3.1 改动
kbdclass <BR><BR>kbdclass.h 中<BR><BR>#define DEFAULT_DEBUG_LEVEL
0 <BR><BR>改为 <BR><BR>#define DEFAULT_DEBUG_LEVEL 3 //#define
DEFAULT_DEBUG_LEVEL 0<BR><BR>4.3.2 改动 i8042prt<BR><BR>i8042prt.h
中<BR><BR>#define Print(_flags_, _x_) \<BR>if (Globals.DebugFlags &
(_flags_) || !(_flags_)) { \<BR>DbgPrint (pDriverName); \<BR>DbgPrint _x_;
\<BR>}<BR>#define IsrPrint(_flags_, _x_) \<BR>if (Globals.IsrDebugFlags
& (_flags_) || !(_flags_)) { \<BR>DbgPrint (((ULONG)(_flags_)) >=
0x0001000 ? pIsrMou : pIsrKb); \<BR>DbgPrint _x_;
\<BR>}<BR><BR>改为<BR><BR>#define Print(_flags_, _x_) \<BR>{ \<BR>DbgPrint
(pDriverName); \<BR>DbgPrint _x_; \<BR>}<BR>#define IsrPrint(_flags_, _x_)
\<BR>{ \<BR>DbgPrint (((ULONG)(_flags_)) >= 0x0001000 ? pIsrMou :
pIsrKb); \<BR>DbgPrint _x_; \<BR>}<BR><BR>由于我使用 WinDbg
单机调试，当我要获得按一个键的调试信息时，发现鼠标导致的调试信息不停的出现，使我没有办法在目标系统中按一个键，所以我去掉了一些打印调试信息的语句，来获得在目标系统中按一个键的机会。<BR><BR>注释掉
I8042MouseInterruptService，I8042MouseIsrDpc，I8xWriteDataToMouseQueue，I8xGetByteAsynchronous
中的所有调试打印语句。<BR><BR>4.4 源码级调试<BR><BR> 使用 WinDbg
进行源码级调试。单机使用 WinDbg
，可以参考文章《借助VMware实现单机使用WinDbg》，这篇文章可以在我的主页上找到。<BR><BR><BR><B>5
键盘驱动概述</B><BR><BR>
键盘驱动位于应用层win32k!RawInputThread和硬件i8042之间。win32k!RawInputThread 总是发一个
IRP_MJ_READ 的 IRP
到键盘设备栈的顶端，等待着来自键盘的数据。当i8042有数据要键盘驱动取走的时候，就会触发中断，这个中断的中断服务例程是键盘驱动中的函数，于是键盘驱动就可以从i8042读取数据，经过一系列处理最终完成那个等待的
IRP。<BR><BR>5.1 键盘设备栈<BR><BR>
我们首先来看看键盘驱动的设备栈。对于初始化完成之后，处于运行状态，并且插有 ps/2
键盘的系统，我们看看它的键盘设备栈是什么样子。<BR><BR>我们通过 WinObj 之类的工具查看对象管理器命名空间 (Object
Manager Namespace)，可以看到在 \driver\ 下的名叫 kbdclass
的驱动对象。在处于运行状态下的系统中，打断进入WinDbg，我们使用WinDbg 的 !drvobj
命令，可以得到它的设备对象列表。<BR><BR>kd> !drvobj \driver\kbdclass<BR>Driver object
(fe4f6330) is for:<BR>\Driver\Kbdclass<BR>Driver Extension List: (id ,
addr)<BR><BR>Device Object list:<BR>fe4f5df0 <BR><BR>设备对象只有一个，地址为
fe4f5df0，使用WinDbg 的 !devobj 命令，来获得一些这个设备对象的信息。<BR><BR>kd> !devobj
fe4f5df0<BR>Device object (fe4f5df0) is for:<BR>KeyboardClass0
\Driver\Kbdclass DriverObject fe4f6330<BR>Current Irp fe43e6c8 RefCount 0
Type 0000000b Flags 00002044<BR>DevExt fe4f5ea8 DevObjExt
fe4f5fd8 <BR>ExtensionFlags (0000000000) <BR>AttachedTo (Lower)
fe4f5020 \Driver\i8042prt<BR>Device queue is busy -- Queue
empty.<BR><BR>看到这个设备对象有个名字叫 KeyboardClass0，我们用 WinObj 也可以在 \Device\
下看到这个设备对象。<BR><BR>使用 WinDbg 的 !devstack 命令，来看看设备对象 fe4f5df0 也就是
\Device\KeyboardClass0 所在的设备栈<BR><BR>kd> !devstack fe4f5df0<BR>!DevObj
!DrvObj !DevExt ObjectName<BR>> fe4f5df0 \Driver\Kbdclass fe4f5ea8
KeyboardClass0<BR>fe4f5020 \Driver\i8042prt fe4f50d8 <BR>fe4dd730
\Driver\ACPI fe507468 0000000e<BR>!DevNode fe4fed68 :<BR>DeviceInst is
"ACPI\PNP0303\4&5289e18&0"<BR>ServiceName is
"i8042prt"<BR><BR>我们看到<BR>设备栈最顶层的设备对象是 fe4f5df0，有名字，叫做 KeyboardClass0，属于驱动
Kbdclass。<BR>设备栈中间层的设备对象是 fe4f5020，没有名字，属于驱动 i8042prt。<BR>设备栈最底层的设备对象是
fe4dd730，有名字，0000000e，属于驱动 ACPI。<BR><BR>!DevNode
部分的内容和注册表有关，我们会在后面讨论。<BR>要注意的是，ACPI用于键盘驱动的那个设备对象的名字，和你计算机上安了多少外设有关，在我这里是
0000000e，在你那里很可能不是。<BR>我们看到的
\Driver\Kbdclass，\Driver\i8042prt，\Driver\ACPI
是驱动对象的名字。一个驱动对象就对应着一个驱动程序文件。<BR><BR>我们再看一下 \Driver\i8042prt
的设备对象列表。<BR><BR>kd> !drvobj \driver\i8042prt<BR>Driver object
(fe4f69f0) is for:<BR>\Driver\i8042prt<BR>Driver Extension List: (id ,
addr)<BR><BR>Device Object list:<BR>fe4d3ba0
fe4f5020 <BR><BR>可以看到有两个设备对象。使用 !devobj
我们可以知道，一个是用于ps/2键盘驱动的设备对象，一个是用于ps/2鼠标驱动的设备对象。<BR><BR>acpi
更是有多个设备对象。<BR><BR>最早我就是看到 kbdclass 的名字，猜测这就是键盘的驱动程序，进而看到了它的设备栈，看到了
i8042prt，acpi，后来实践也证明了 kbdclass ，i8042prt 就是键盘驱动。<BR><BR>我们这里看到的 ps/2
键盘的设备栈，是没有自己另外安装其他键盘过滤程序的情况。<BR><BR>最顶层的设备对象是 驱动 Kbdclass
的设备对象。<BR>中间层的设备对象是 驱动 i8042prt 的一个设备对象。<BR>最底层的设备对象是 驱动 ACPI
的一个设备对象。<BR><BR>5.2 各层简介<BR><BR>Kbdclass<BR><BR>键盘设备栈的栈顶，应用层发出的所有
IRP，都首先发到这里。对于那个等待键盘数据的 IRP_MJ_READ 的
IRP，完全由这一层处理，不向下传。<BR><BR>i8042prt<BR><BR>对硬件i8042的所有操作都在这一层完成。键盘中断的中断服务例程也是这一层的函数。使用
WinDbg 的 !idt 命令可以看到这一点。<BR><BR>kd> !idt<BR><BR>IDT for processor
#0<BR><BR>00: 804625e6 (nt!KiTrap00)<BR>01: 80462736
(nt!KiTrap01)<BR>...<BR>b3: fe4cf264
(Vector:b3,Irql:a,SyncIrql:a,Connected:TRUE,No:0,ShareVector:FALSE,Mode:Latched,ISR:i8042prt!I8042KeyboardInterruptService(fe1c1750))<BR>...<BR>ff:
804613f0 (nt!KiUnexpectedInterrupt207)<BR><BR>可以看到中断向量为 b3 的中断服务例程最终为
i8042prt!I8042KeyboardInterruptService，即 i8042prt 中的函数
I8042KeyboardInterruptService
。<BR><BR>驱动的中断和一般的中断有所不同，我们将在后面做讨论。<BR><BR>ACPI<BR><BR>这一层几乎不起什么作用。<BR><BR>5.3
键盘驱动的运作<BR><BR>
键盘驱动的主要工作就是，当键盘上有键按下引发中断时，键盘驱动从端口读出按键的扫描码，最终顺利的将它交给在键盘设备栈栈顶等待的那个
IRP_MJ_READ 的 IRP。为了完成这个任务，键盘驱动使用了两个循环使用的缓冲区。<BR><BR>i8042prt 和 kbdclass
各有自己的一个，循环使用的缓冲区。他们的每个单元是一个 KEYBOARD_INPUT_DATA
结构，用来存放一个扫描码及其相关信息。在键盘驱动的注释中，把这个循环使用的缓冲区叫做输入数据队列(input data
queue)，i8042prt 的那个缓冲区被叫做 port keyboard input data queue，kbdclass
的那个缓冲区被叫做 class input data queue。输入数据队列更形象一些，我们也会使用这种叫法。<BR><BR>i8042prt
的自定义的设备扩展中，保存着一些指针和计数值，用来使用它的那个输入数据队列。<BR>PKEYBOARD_INPUT_DATA 类型的
InputData , DataIn , DataOut , DataEnd。ULONG 类型的 InputCount。<BR>InputData
这个指针，指向输入数据队列的开头。<BR>DataEnd 这个指针，指向输入数据队列的结尾。<BR>DataIn
这个指针，指向要进入队列的新数据，将要被放在队列中的位置。<BR>DataOut
这个指针，指向要出队列的数据，在队列中开始的位置。<BR>InputCount 这个值为输入数据队列中，数据的个数。<BR><BR>kbdclass
的自定义的设备扩展中，保存着一些指针和计数值，用来使用它的那个输入数据队列。<BR>PKEYBOARD_INPUT_DATA 类型的
InputData , DataIn , DataOut , DataEnd。ULONG 类型的 InputCount。<BR>InputData
这个指针，指向输入数据队列的开头。<BR>DataEnd 这个指针，指向输入数据队列的结尾。<BR>DataIn
这个指针，指向要进入队列的新数据，将要被放在队列中的位置。<BR>DataOut
这个指针，指向要出队列的数据，在队列中开始的位置。<BR>InputCount
这个值为输入数据队列中，数据的个数。<BR><BR>对于这两个输入数据队列,<BR>放入一个数据，这个数据应该被放在 DataIn
处，然后DataIn 后移一格，InputCount 加 1。当 DataIn
移到队列的结尾时，将从队列的开头重新开始。<BR>取出一个数据，这个数据应该从 DataOut 处取出，然后 DataOut
后移一格，InputCount 减 1。当 DataOut 移到队列的结尾时，将从队列的开头重新开始。<BR><BR>对于 i8042prt
的输入数据队列。键盘中断服务例程中，从i8042读出的按键信息，放入i8042prt的输入数据队列。上层处理输入的回调函数中，取出i8042prt的输入数据队列中的数据。<BR><BR>对于
kbdclass 的输入数据队列。只有当那个等待的 IRP_MJ_READ IRP
要求读的大小，小于i8042prt的输入队列中放入的数据时，才被使用。也就是说，只有当那个等着读的 IRP 读不完输入数据时，才使用
kbdclass 的输入数据队列。当那个等着读的 IRP
读完要求的数据后，还有剩余时，剩余的数据放入kbdclass的输入数据队列。下一次的应用层发来的 IRP_MJ_READ
IRP，当发现kbdclass的输入数据队列中有数据时，直接从kbdclass的输入数据队列中读出数据。<BR><BR>下面我们对键盘驱动处理键盘按键的过程做一个概括介绍<BR><BR>当键盘上一个键被按下时，产生一个
Make Code ，引发键盘中断。<BR><BR>当键盘上一个键被松开时，产生一个 Break
Code，引发键盘中断。<BR><BR>键盘中断导致键盘中断服务例程被执行。导致最终 i8042prt
的I8042KeyboardInterruptService 被执行。I8042KeyboardInterruptService
中，从端口读出按键的扫描码，放在一个 KEYBOARD_INPUT_DATA 中。将这个 KEYBOARD_INPUT_DATA 放入
i8042prt 的输入数据队列中，一个中断放入一个数据，DataIn 后移一格，InputCount 加 1。最后会
KeInsertQueueDpc 一个进行更多处理的 DPC（延迟过程调用）。<BR><BR>DPC 中，调用上层处理输入的回调函数（也就是
kbdclass
处理输入数据的函数），取走i8042prt的输入数据队列里的数据。因为设备扩展中保存着上层处理输入数据的回调函数的入口地址，所以他知道该调用谁。上层处理输入的回调函数（也就是
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