JIURL键盘驱动 3

4 编译与调试环境简介

4.1 源码

    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。

    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 。

    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。

4.2 关闭文件保护替换系统中的驱动

    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。

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。

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。

4.3 改动源码以产生调试信息

    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。

4.3.1 改动 kbdclass

kbdclass.h 中

#define DEFAULT_DEBUG_LEVEL 0

改为

#define DEFAULT_DEBUG_LEVEL 3 //#define DEFAULT_DEBUG_LEVEL 0

4.3.2 改动 i8042prt

i8042prt.h 中

#define Print(_flags_, _x_) \
if (Globals.DebugFlags & (_flags_) || !(_flags_)) { \
DbgPrint (pDriverName); \
DbgPrint _x_; \
}
#define IsrPrint(_flags_, _x_) \
if (Globals.IsrDebugFlags & (_flags_) || !(_flags_)) { \
DbgPrint (((ULONG)(_flags_)) >= 0x0001000 ? pIsrMou : pIsrKb); \
DbgPrint _x_; \
}

改为

#define Print(_flags_, _x_) \
{ \
DbgPrint (pDriverName); \
DbgPrint _x_; \
}
#define IsrPrint(_flags_, _x_) \
{ \
DbgPrint (((ULONG)(_flags_)) >= 0x0001000 ? pIsrMou : pIsrKb); \
DbgPrint _x_; \
}

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。

注释掉 I8042MouseInterruptService，I8042MouseIsrDpc，I8xWriteDataToMouseQueue，I8xGetByteAsynchronous 中的所有调试打印语句。

4.4 源码级调试

    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。


5 键盘驱动概述

    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。

5.1 键盘设备栈

    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。

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。

kd> !drvobj \driver\kbdclass
Driver object (fe4f6330) is for:
\Driver\Kbdclass
Driver Extension List: (id , addr)

Device Object list:
fe4f5df0

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。

kd> !devobj fe4f5df0
Device object (fe4f5df0) is for:
KeyboardClass0 \Driver\Kbdclass DriverObject fe4f6330
Current Irp fe43e6c8 RefCount 0 Type 0000000b Flags 00002044
DevExt fe4f5ea8 DevObjExt fe4f5fd8
ExtensionFlags (0000000000)
AttachedTo (Lower) fe4f5020 \Driver\i8042prt
Device queue is busy -- Queue empty.

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。

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

kd> !devstack fe4f5df0
!DevObj !DrvObj !DevExt ObjectName
> fe4f5df0 \Driver\Kbdclass fe4f5ea8 KeyboardClass0
fe4f5020 \Driver\i8042prt fe4f50d8
fe4dd730 \Driver\ACPI fe507468 0000000e
!DevNode fe4fed68 :
DeviceInst is "ACPI\PNP0303\4&5289e18&0"
ServiceName is "i8042prt"

我们看到
设备栈最顶层的设备对象是 fe4f5df0，有名字，叫做 KeyboardClass0，属于驱动 Kbdclass。
设备栈中间层的设备对象是 fe4f5020，没有名字，属于驱动 i8042prt。
设备栈最底层的设备对象是 fe4dd730，有名字，0000000e，属于驱动 ACPI。

!DevNode 部分的内容和注册表有关，我们会在后面讨论。
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。
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。

我们再看一下 \Driver\i8042prt 的设备对象列表。

kd> !drvobj \driver\i8042prt
Driver object (fe4f69f0) is for:
\Driver\i8042prt
Driver Extension List: (id , addr)

Device Object list:
fe4d3ba0 fe4f5020

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。

acpi 更是有多个设备对象。

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。

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。

最顶层的设备对象是 驱动 Kbdclass 的设备对象。
中间层的设备对象是 驱动 i8042prt 的一个设备对象。
最底层的设备对象是 驱动 ACPI 的一个设备对象。

5.2 各层简介

Kbdclass

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。

i8042prt

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。

kd> !idt

IDT for processor #0

00: 804625e6 (nt!KiTrap00)
01: 80462736 (nt!KiTrap01)
...
b3: fe4cf264 (Vector:b3,Irql:a,SyncIrql:a,Connected:TRUE,No:0,ShareVector:FALSE,Mode:Latched,ISR:i8042prt!I8042KeyboardInterruptService(fe1c1750))
...
ff: 804613f0 (nt!KiUnexpectedInterrupt207)

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 。

驱动的中断和一般的中断有所不同，我们将在后面做讨论。

ACPI

这一层几乎不起什么作用。

5.3 键盘驱动的运作

    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。

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。

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。
PKEYBOARD_INPUT_DATA 类型的 InputData , DataIn , DataOut , DataEnd。ULONG 类型的 InputCount。
InputData 这个指针，指向输入数据队列的开头。
DataEnd 这个指针，指向输入数据队列的结尾。
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。
DataOut 这个指针，指向要出队列的数据，在队列中开始的位置。
InputCount 这个值为输入数据队列中，数据的个数。

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。
PKEYBOARD_INPUT_DATA 类型的 InputData , DataIn , DataOut , DataEnd。ULONG 类型的 InputCount。
InputData 这个指针，指向输入数据队列的开头。
DataEnd 这个指针，指向输入数据队列的结尾。
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。
DataOut 这个指针，指向要出队列的数据，在队列中开始的位置。
InputCount 这个值为输入数据队列中，数据的个数。

对于这两个输入数据队列,
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。
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。

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。

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。

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

当键盘上一个键被按下时，产生一个 Make Code ，引发键盘中断。

当键盘上一个键被松开时，产生一个 Break Code，引发键盘中断。

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）。

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 kbdclass 处理输入数据的函数）取走数据之后，i8042prt 的输入数据队列的 DataOut 相应后移，InputCount 相应减少。

kbdclass 处理输入数据的函数中，满足那个应用层发来的等着读数据的 IRP。
当 IRP 要求读的数据的大小，大于等于，i8042prt的输入数据队列中的数据时，IRP 直接从 i8042prt的输入数据队列中，读出所有输入数据，不使用kbdclass的输入数据队列。大多数情况下都是这样。
当 IRP 要求读的数据的大小，小于，i8042prt的输入数据队列中的数据时，IRP 直接从 i8042prt的输入数据队列中，读出它所要求的大小，然后这个 IRP 被完成。i8042prt的输入数据队列中剩余的数据，被放入kbdclass的输入数据队列中。当应用层发来下一个读数据的 IRP 时，那个 IRP 将直接从 kbdclass 的输入数据队列中，读取数据，不需要等待。

    键盘驱动各层的设备对象是在初始化过程中创建的。键盘驱动设备栈是在初始化过程中构造的。键盘中断是在初始化过程中连接的。kbdclass 处理输入数据的回调函数的入口地址，是在初始化过程中告诉 i8042prt的，i8042prt把这个入口地址保存起来。i8042prt 和 kbdclass 的输入数据队列是在初始化过程中分配的内存。他们的 InputData , DataIn , DataOut , DataEnd , InputCount 在初始化的时候设置的初值。

详细的键盘驱动对键盘按键的处理，在以后讨论。

详细请看http://blog.csdn.net/imquestion/archive/2003/12/18/16437.aspx