为 USB 主控制器开发 Windows 驱动程序的概述

2024-01-12

本文介绍 Windows 操作系统中对开发通用串行总线 (USB) 主机控制器驱动程序的支持，该驱动程序与 Microsoft 提供的 USB 主机控制器扩展 (UCX) 通信。

如果要开发不符合规范的 xHCI 主控制器或开发自定义的非 xHCI 硬件 (（例如虚拟主机控制器) ），则可以编写与 UCX 通信的主控制器驱动程序。例如，可以考虑支持 USB 设备的无线坞。电脑通过无线坞与 USB 设备通信，使用基于 TCP 的 USB 作为传输方式。

USB 主控制器扩展 (UCX)

USB 主机控制器扩展是系统提供的驱动程序 (Ucx01000.sys) 。此驱动程序是通过使用 Windows 驱动程序框架编程接口作为框架类扩展实现的。主机控制器驱动程序充当该类扩展的客户端驱动程序。当主机控制器驱动程序处理硬件操作和事件、电源管理和 PnP 事件时，UCX 充当抽象接口，将请求排队到主机控制器驱动程序，并执行其他任务。

UCX 是 Windows 中的 USB 主机端驱动程序之一。它作为 FDO 加载到主机控制器设备堆栈中。

USB 主机控制器驱动程序

UCX 是可扩展的，旨在支持各种主机控制器驱动程序。 Windows 提供面向 USB xHCI 主机控制器的 xHCI 驱动程序 (Usbxhci.sys) 。

主机控制器驱动程序是 UCX 的客户端，以内核模式驱动程序框架 (KMDF) 驱动程序编写。

Microsoft 提供的二进制文件

若要编写主机控制器驱动程序，需要 UCX (Ucx01000.sys) 和存根库 (Ucx01000.lib) 。存根库位于 Windows 驱动程序工具包 (WDK) 中。库执行两个main函数。

转换主控制器驱动程序发出的调用并将其传递到 UCX。
提供对版本控制的支持。仅当 UCX 的主版本号与主机控制器驱动程序相同，且次要版本号与主控制器驱动程序相同或更高时，主控制器驱动程序才能与 UCX 一起使用。

开发工具

WDK 包含驱动程序开发所需的资源，例如标头、库、工具和示例。

下载适用于 Windows 的工具包和工具

入门

阅读官方规范，该规范描述了体系结构 (设备、主机控制器和集线器) 不同组件的预期行为。

适用于通用串行总线的 xHCI：规范

官方通用串行总线文档

了解 UCX 的体系结构

熟悉 Microsoft 提供的 USB 驱动程序堆栈：

Windows 中的 USB 宿主端驱动程序

体系结构：USB 主控制器扩展 (UCX)

熟悉 UCX 对象和句柄

UCX 扩展了 WDF 对象功能，以定义其自己的特定于 USB 的 UCX 对象。有关 WDF 对象的更多详细信息，请参阅框架对象简介。

为了将请求排队到任何基础主机控制器驱动程序，UCX 使用这些对象。有关详细信息，请参阅主控制器驱动程序使用的 UCX 对象和句柄。

UCX 对象	说明
主机控制器对象 (UCXCONTROLLER)	表示由主机控制器驱动程序创建的主控制器。驱动程序必须为每个主机控制器实例创建一个主机控制器对象。通常通过调用 UcxControllerCreate 方法在EVT_WDF_DRIVER_DEVICE_ADD回调中创建。
根中心对象 (UCXROOTHUB)	获取和控制主机控制器的根端口的状态。通常由主机控制器驱动程序通过调用 UcxRootHubCreate 方法在EVT_WDF_DRIVER_DEVICE_ADD回调中创建。
USB 设备对象 (UCXUSBDEVICE)	表示连接到总线的物理 USB 设备。通常由主机控制器驱动程序通过调用 *UcxUsbDeviceCreate 方法在EVT_UCX_CONTROLLER_USBDEVICE_ADD*回调中创建。
终结点对象 (UCXENDPOINT)	表示 USB 设备对象上的终结点。通常由主机控制器驱动程序在 EVT_UCX_USBDEVICE_DEFAULT_ENDPOINT_ADD 中创建，或者通过调用 *UcxEndpointCreate 方法EVT_UCX_USBDEVICE_ENDPOINT_ADD*回调中创建。
流对象 (UCXSTREAMS)	表示通过单个批量终结点连接到设备的多个管道。通常由主机控制器驱动程序通过调用 UcxStaticStreamsCreate 方法在EVT_UCX_ENDPOINT_STATIC_STREAMS_ADD回调中创建。